KEK陽子シンクロトロンでのK^+中間子崩壊における時間反転不変性の研究

• 研究課題/領域番号: 06044216
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 今里 純 高エネルギー物理学研究所, 物理学, 教授 (40107686)
• 研究分担者: SHIN Y. M. サスカチワン大学, 教授 ; HASINOFF M. ブリティツコロンビア大学(UBC), 教授 ; KUDENKO Y. ロシア科学アカデミー, 原子核研究所(INR), 上級研究員 ; LOBASHEV V. ロシア科学アカデミー, 原子核研究所(INR), 教授 ; 田中 万博 高エネルギー物理学研究所, 物理学, 助手 (90171743) ; 新井 一郎 筑波大学, 物理, 講師 (50134440) ; 浅野 侑三 筑波大学, 物工, 教授 (80100808) ; 田村 裕和 東京大学, 理, 助手 (10192642) ; 杉本 章二郎 東京大学, 核研, 助手 (20044753) ; 久野 良孝 高エネルギー物理学研究所, 物理学, 助教授 (30170020) ; TANAKA K. National Laboratory for High Energy Physics ; TAMURA H. Faculty of Science, University of Tokyo ; ASANO Y. Institute of Applied Physics, University of Tsukuba ; KUNO Y. National Laboratory for High Energy Physics ; SUGIMOTO S. Institute for Nuclear Study, Univeristy of Tokyo ; SHIN Y.M. サスカチュワン大学, 物理, 教授 ; KUDENKO Y.G. ロシア科学アカデミー, 原子核研究所, 上級研究員 ; LOBASHEV V.M ロシア科学アカデミー, 原子核研究所, 教授 ; 宮島 光弘 高エネルギー物理学研究所, 放射線安全管理センター, 助教授 (50044756)
• 研究期間 (年度): 1994 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 5,700千円 (直接経費: 5,700千円); 1995年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 1994年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
• キーワード: 時間反転不変性 / K中間子崩壊 / ミュオン偏極 / 陽子シンクロトロン / 超伝導スペクトロメータ / 静止ミュオン / CsI (Tl)シンチレータ / ファイバーターゲット / K^+崩壊 / Tの破れ / CsI(Tl) / ポラリメータ

研究概要

本研究の目的は、物理学における基本的対称性のひとつである時間反転不変性(T)を、素粒子レベルの高い精度で検証し、更にその破れを探索することでCP-対称性の破れの起源に迫ることである。研究はロシア科学アカデミー原子核研究所(INR)及びカナダTRUIUMF研究所を中心とするカナダグループとの共同研究として進められた。本研究では、高エネルギー物理学研究所の陽子シンクロトロン(KEK-PS)において超伝導トロイダスルペクトロメータによりK^+中間子の崩壊K^+→π^0μ^+νでミュオン(μ^+)の偏極を精密に測定して、実験的にT-非保存を探索した。この実験はKEK-PSの共同利用実験の一貫として実施されている実験であるが、大規模実験であるため国際協力による測定器の製作・準備が年月をかけて行われ、1995年度に測定が開始される運びとなった。
1.実験装置の製作
(1)π^0検出器:実験装置の中で崩壊K^+→π^0μ^+νからのπ^0を検出するための光子検出器が主要部分となる。CsI (Tl)シンチレータ決勝768本から成る光子検出器がINRと日本グループとの共同作業で設計された。結晶は、ウクライナのハリコフで製造されたが、INRグループが工場での初期の開発と生産指導を行った。できた結晶は先ず、INRにおいて詳細な性能検査をした上で、高エ研にはこばれた。そこでa)結晶の表面処理、b)PIN光ダイオードの取付け、c)Alケースへの収納、d)前置増幅器の取付けを1994-5年にかけて行い768本のモジュールを完成させた。1995年には更にバレルへの組み込み作業を開始して、夏には直径1.0m、長さ1.3m、重さ2トンのπ^0検出器が完成した。ただちに調整・試験と宇宙線と較正線源による較正測定が実施されて、性能が確認された後、9月の中旬には超伝導トロイダルスペクトロメータへの組み込みが無事終了した。
(2)ターゲット及びClチェンバー:K^+中間子を止め崩壊を起こさせるアクチブターゲッドとμ^+をトラックするためのチェンバーのうち、最内層に位置するC1チェンバーとは、カナダグループとの共同作業により製作された。ターゲットはシンチレーションファイバーの加工と組立作業がTRIUMF研究所の工場で行われ、高エ研に持ち込まれた。そこで、光電子増倍管の取付け、配線等がされターゲットアセンブリーが完成した。ClチェンバーもTRUIMF研のチェンバー工場で製作さて高エ研へ持ち込まれ、そこで調整作業が行われた。これらターゲットとClチェンバーは1995年の6月から7月にかけて相次いでスペクトロメータに据え付けられた。
2.時間反転不変性の破れの探索
(1)超伝導トロイダルスペクトロメータの最適化:タンベレ会議における最新の超伝導スペクトロメータ関連の情報に基づいて、時間反転不変性の破れの探索実験に最適となるように、超伝導トリイダルスペクトロメータの調整を行った。
(2)K^+ビームによる測定器の調整:実験装置の全てが完成した1995年の秋からKEK-PSのK5チャンネルにおいて実際にK^+ビームを使用して測定器の調整を開始した。768本のCsI (Tl)シンチレータはそれらの利得合わせをする必要がある。その較正測定のためにK^+中間子の別の崩壊K^+→π^+π^0とK^+→^tμνとを十分な統計精度で測定した。また、μ^+の偏極を測定するためにμ^+を減速してストッパーに止めるが、ディグレーダとストッパーの最適化をする測定を実施した。更に、最終的にその角分布を計る陽電子検出器の調査を行った。
(3)ミュオン偏極度の測定:測定器の調査を終え、1996年の1月から時間反転不変性の破れの探索のためのミュオンの偏極度測定わ開始した。統計的に有意な結論を得るまでには来年度以降も測定を続けなけてはならないが、収集したデータから解析を始めている。

研究成果

• [文献書誌] J. Imazato et al.: "Performance of the Prototype of CsI (Tl) Photon Detector for the Experiment E246 at KEK" PANIC XIII Particles and Nuclei. 791-794 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J. Imazato: "T-Violation Test in K^+→π^-μ^+ν" Nuclear and Particle Physics with Meson Beams in the 1 GeV Region. 111-118 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y. Kuno: "Search for Time-Reversal Violation in K and B decay" Chinese Journal of Physics. 32. 1015-1032 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y. Kuno: "Search for Time-Reveral Violation in K^+→π^-μ^+ν decay" AIP Conference Proceedings. 338. 185-191 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y. Kuno: "Search for Exotic T-odd Phenomena in K decays" Hyperfine Interactions. (印刷中).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Imazato et al.: "Performance of the Prototype of CsI(Tl) Photon Detector for the Experiment E246 at KEK" PANIC XIII,Particles and Muclei. 791-794 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Imazato: "T-Violation Test in K^+*pi^-mu^+nu" Nuclear and Particle Physics with Meson Beams in the 1 GeV Region. 111-118 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Kuno: "Search for Time-Reversal Violation in K and B decay" Chinese Journal of Physics. 32. 1015-1032 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Kuno: "Search for Time-Reveral Violation in K^+*pi^-mu^+nu decay" AIP Conference Proceedings. 338. 185-191 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Kuno: "Search for Exotic T-odd Phenomena in K decays" Hyperfine Interactions. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より