液体アルゴン３次元飛跡イメージング検出器の開発研究

• 研究領域: ニュートリノフロンティアの融合と進化
• 研究課題/領域番号: 25105008
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 丸山 和純 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80375401)
• 研究分担者: 坂下 健 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50435616)
• 連携研究者: 成田 晋也 岩手大学, 工学部, 教授 (80322965) ; 池野 正弘 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 技師 (40391718) ; 山野井 豊 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 先任技師 (90391739)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 70,070千円 (直接経費: 53,900千円、間接経費: 16,170千円); 2017年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2016年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円); 2015年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2014年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2013年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
• キーワード: ニュートリノ / 液体アルゴン / ３次元飛跡イメージング

研究成果の概要

本研究では、期間中にできるだけ安価な大型検出器にも使用できる検出器技術を開発した。また、荷電粒子によるビームテストを行い、世界初の荷電粒子応答詳細を測定した。
本研究成果から100トン級の検出器については検出器性能の理解、要素技術の確立ともに達成でき、現在や将来のニュートリノ実験で課題となるニュートリノ相互作用の詳細研究等でこの大きさの液体アルゴンTPC検出器を活用した国内の実験が検討できるようになった。また本研究で開発したASICが他の実験でも活用されたり、LArIAT実験で開発した再構成ツールやシミュレーション、物理結果等が他の液体アルゴン実験で活用されるなど本研究成果の展開も進んでいる。

研究成果

• [国際共同研究] 欧州原子核研究機構/チューリッヒ工科大学/ジェネバ大学(スイス)
• [国際共同研究] リヨン大学/LAPP/CEA Saclay(フランス)
• [国際共同研究] AFAE/CIEMAT/IFAE バルセロナ(スペイン)
• [国際共同研究] フェルミ国立研究所/シカゴ大学/エール大学(米国)
• [国際共同研究] マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] 欧州原子核研究機構/チューリッヒ工科大学/ジェネバ大学(スイス)
• [国際共同研究] リヨン大学/LAPP/CEA Saclay(フランス)
• [国際共同研究] AFAE/CIEMAT/IFAE バルセロナ(スペイン)
• [国際共同研究] フェルミ国立研究所/シカゴ大学/エール大学(米国)
• [国際共同研究] マンチェスター大学/インペリアルカレッジロンドン(英国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] フェルミ国立研究所/シカゴ大学/イエール大学(米国)
• [国際共同研究] University College London/U. Manchester(英国)
• [国際共同研究] ＣＥＲＮ/ＥＴＨＺ(スイス)
• [国際共同研究] University of Lyon(フランス)
• [国際共同研究] Federal University of ABC/Federal University of Alfenas/U. Campinas(ブラジル)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Liquid Argon TPC Neutrino Detector (2015)
  • 著者名/発表者名: K.Sakashita
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 8 ページ: 023011-023011
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.023011
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] LArIAT: Liquid Argon In A Testbeam (2014)
  • 著者名/発表者名: J.Paley, E.Iwai, T.Maruyama, et al,
  • 雑誌名: arXiv [physics-insdet] 巻: 1406.5560
• [雑誌論文] LBNO-DEMO: Large-scale neutrino detector demonstrators for phased performance assessment in view of a long-baseline oscillation experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: L.Agostino, K.Sakashita, et. al
  • 雑誌名: arXiv [physics-insdet] 巻: 1409.4405
• [雑誌論文] The T2K Neutrino Flux Prediction (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Abe, T.Kobayashi, T.Hasegawa, T.Nakadaira, K.Sakashita, M.Shibata 他
  • 雑誌名: Physical Review 巻: D87 号: 1 ページ: 12001-12001
  • DOI: 10.1103/physrevd.87.019902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam (2013)
  • 著者名/発表者名: T2Kコラボレーション
  • 雑誌名: Physics Review D 巻: 88 号: 3 ページ: 32002-32002
  • DOI: 10.1103/physrevd.88.032002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of Neutrino Oscillation Parameters from Muon Neutrino Disappearance with an Off-axis Beam (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Abe, T.Maruyama, K.Sakashita et al
  • 雑誌名: Physical Review Letter 巻: 111 ページ: 211803-211803
  • 査読あり
• [学会発表] Liquid argon TPC for neutrino experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂下健
  • 学会等名: Asian Forum for Accelerators and Detectors 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 液体アルゴン飛跡検出器荷電粒子ビーム応答テスト実験(LArIAT実験) Run-3までの現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丸山和純
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 液体アルゴンTPCの大面積読み出しに向けた読み出しエレクトロニクスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂下健
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] R&D toward realization of a large size(>10kton) liquid argon TPC detector (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂下健
  • 学会等名: Asian Forum for Accelerators and Detectors 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大型液体アルゴンTPC測定器（＞10kt）の開発に用いる30L小型測定器の運転試験および性能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川真行（岩手大）
  • 学会等名: 日本物理学会（年次大会）
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 大型液体アルゴンTPC測定器（＞10kt）で用いる信号読み出しエレクトロニクスの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒森雄介（岩手大）
  • 学会等名: 日本物理学会（年次大会）
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] R&D toward realization of the huge (>10kton) Liquid Argon TPC (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Narita (Iwate university)
  • 学会等名: 7th Asian Forum for Accelerators and Detectors
  • 発表場所: 京都大学（京都府、宇治市）
  • 年月日: 2016-02-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 液体アルゴン飛跡検出器荷電粒子ビーム応答テスト実験（LArIAT実験)の現状 (2016)
  • 著者名/発表者名: 丸山和純
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
• [学会発表] 大型液体アルゴンTPC測定器（＞10kt）の開発に用いる試験TPC測定器ドリフト電場の理解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川真行
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
• [学会発表] 大型液体アルゴンTPC測定器（＞10kt）の開発に用いる30L小型測定器の運転試験および性能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川真行
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
• [学会発表] 大型液体アルゴンTPC測定器（＞10kt）で用いる信号読み出しエレクトロニクスの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒森雄介
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
• [学会発表] 液体アルゴンTPC飛跡検出器の荷電粒子応答テスト実験（LArIAT実験）の解析の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩井瑛人（ＫＥＫ）
  • 学会等名: 日本物理学会（秋季大会）
  • 発表場所: 大阪市立大学 （大阪府、大阪市）
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] 液体アルゴンTPCのための信号読み出し装置の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 黒森雄介（岩手大学）
  • 学会等名: 日本物理学会（秋季大会）
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府、大阪市）
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] 小型液体アルコンTPCのための強電界生成法の開発と特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田頭拓也(岩手大)
  • 学会等名: 電気関係学会東北支部連合大会
  • 発表場所: 岩手県立大学（岩手県、滝沢市）
  • 年月日: 2015-08-28
• [学会発表] LAr TPC R&D status (2015)
  • 著者名/発表者名: K.Sakashia (KEK)
  • 学会等名: Workshop for Neutrino Programs with facilities in Japan
  • 発表場所: J-PARC （茨城県、東海村）
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 液体アルゴン飛跡検出器荷電粒子応答テスト実験（LArIAT実験）の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 丸山和純
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 液体アルゴンTPC測定装置開発の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂下健
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 液体Ar検出器を用いたニュートリノ実験の可能性 / 陽子ビームエネルギーに関する考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂下健
  • 学会等名: 次世代の加速器ニュートリノ実験ワークショップ
  • 発表場所: 茨城 東海村 茨城量子ビーム研究センター
• [学会発表] 液体アルゴンTPCに向けた読み出し回路開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩崎裕也
  • 学会等名: 計測システム研究会2013
  • 発表場所: 核融合研
• [学会発表] LArIAT:米国ビームテスト / ν-原子核反応測定の可能性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸山和純
  • 学会等名: 「ニュートリノフロンティア」研究会
  • 発表場所: 東京 クロスウエーブ府中
• [学会発表] 液体アルゴン検出器R&Dの現状とプラン (2013)
  • 著者名/発表者名: 坂下健
  • 学会等名: 「ニュートリノフロンティア」研究会
  • 発表場所: 東京 クロスウエーブ府中
• [学会発表] 液体アルゴン検出器の開発状況と検出器の理解 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文孝、岩崎裕也, 渡邊孝太
  • 学会等名: 「ニュートリノフロンティア」研究会
  • 発表場所: 東京 クロスウエーブ府中