レプトンフレーバーを破るミュー粒子崩壊の研究

• 研究課題/領域番号: 12047209
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 森 俊則 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 教授 (90220011)
• 研究分担者: 佐伯 学行 高エネルギー加速研究機構, 加速器研究施設, 助手 (70282506) ; 山下 了 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教授 (60272465) ; 駒宮 幸男 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80126060) ; 真木 晶弘 高エネルギー加速研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (40044755) ; 菊地 順 (菊池 順) 早稲田大学, 理工学総合研究センター, 教授 (50063665) ; 大谷 航 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助手 (30311335) ; 三原 智 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助手 (80292837)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 261,700千円 (直接経費: 261,700千円); 2003年度: 50,500千円 (直接経費: 50,500千円); 2002年度: 64,000千円 (直接経費: 64,000千円); 2001年度: 75,100千円 (直接経費: 75,100千円); 2000年度: 72,100千円 (直接経費: 72,100千円)
• キーワード: レプトンフレーバーの破れ / ミューオン稀崩壊 / 超対称性理論 / 大統一理論 / 太陽ニュートリノ / ニュートリノ振動 / 液体キセノン / PSI(ポールシェラー研究所)

研究概要

本年度は実験の早期開始をめざし各検出器要素の準備作業が精力的に行われた。
液体キセノン検出器に関しては、主に二種類のガンマビームを用いて大型プロトタイプ検出器の性能評価を行った。産業技術総合研究所TERASにおいて最大40MeVの逆コンプトンガンマ線を用いてコンプトンスペクトルを測定、そのエッジの広がりからエネルギー分解能を、またコリメーターを用いることで位置分解能を評価した。その後PSI・πE1ビームラインにおいて、π+p→π^0+nにおけるπ^0粒子2γ崩壊から180度の角度で放出された二つのガンマ線のうち一方をタグすることで、ほぼ単色のガンマ線を利用して、エネルギーおよび時間分解能を評価することができた。プロトタイプで得られたデータと経験を元に実機の設計が進められた。
スペクトロメータ用電磁石は建設が完了し励磁試験が行われた。クエンチテストなどで電磁石の健全性を確認しながら通電電流を上げていき、最終的に通常運転電流より5%高い通電電流380Aでの励磁に成功した。試験終了後電磁石はPSIまで輸送され、現地でも同様の励磁試験が行われ所定の性能を実現していることを確認した。
実験で使用されるπE5ビームラインに関しては、引き続きミューオンビームの基本特性の測定が行われた。ビーム中の電子成分の除去、ミューオンビーム強度、ビームスポットサイズ等必要な条件を満たすビームチャンネルが決定された。得られたデータを元にしたビームラインマグネットの設計作業はほぼ終了した。
TOFカウンターに関してはz方向カウンターに使用するPMTの磁場中での動作特性などの調査が行われ、使用するPMTが選定された。またφ方向カウンターに使用される予定のAPDのテストも行われ、実機の設計作業が順調に進められた。ドリフトチェンバーは基本的な設計作業が完了、フルプロトタイプの製作が開始された。

研究成果

• [文献書誌] T.Doke, T.Mori et al.: "R&D work on a liquid-xenon photon detector for theμ→eγexperiment at PSI"Nuclear Instruments and Methods. A503. 290-294 (2003)
• [文献書誌] T.Doke, T.Mori et al.: "Development of a liquid xenon scintillation detector for a new experiment to search for μ→eγ decays"Nuclear Instruments and Methods. A505. 199-202 (2003)
• [文献書誌] J.Kikuchi et al.: "Capacitive level meter for liquid rare gases"Cryogenics. 43. 449-450 (2003)
• [文献書誌] T.Mori et al.(MEG Collaboration): "Recent Developments of the MEG Liquid Xenon Photon Detector"Paul Scherrer Institut - Scientific Report 2003. Volume 1(in press). (2004)
• [文献書誌] T.Mori et al.(MEG Collaboration): "Development of the COBRA magnet for the MEG experiment"Paul Scherrer Institut - Scientific Report 2003. Volume 1(in press). (2004)
• [文献書誌] T.Doke, A.Maki, T.Mori et al.: "Development of a liquid-xenon photon detector - towards the search for a muon rare decay mode at Paul Scherrer Institute"Cryogenics. (in press). (2004)
• [文献書誌] 三原 智他: "液体キセノンガンマ線検出器の開発研究"低温工学会. (発表予定). (2003)
• [文献書誌] 三原 智他: "R & D works on liquid xenon photon detector for mu>eg experiment at PSI"Nuci.Instr. and Meth.A. (発表予定). (2003)
• [文献書誌] 道家忠義他: "Development of a liquid xenon scintillation detector for a new experiment to search for mu->e gamma decays"Nucl.Instr and Meth.A. (発表予定). (2003)
• [文献書誌] 春山富義: "Boiling heat transfer characteristics of liquid xenon"Adv.Cryog.Eng. 47. 1499-1506 (2002)
• [文献書誌] 三原 智他: "Development of a Liquid Xe Photon Detector for m->eg Decay Search Experiment at PSI"IEEE TNS. 49. 588-591 (2002)
• [文献書誌] Stefan Ritt.: "Electronics for the mu -> e gamma experiment"Nuel.Instr. and Meth.A. 494. 520-525 (2002)
• [文献書誌] 森 俊則: "Status and Future of e : the PSI Experiment"Proc. The fifth KEK Topical Conference --Frontiers in Flavor Physics -November 20-22, 2001, KEK, Tsukuba, Japan. (2001)
• [文献書誌] 三原 智他: "R&D works on liquid xenon photon detector for e experiment at PSI"Proc. The 3rd International Workshop on Neutrino Factories based on Muon Starage Rings -May 29, 2001, Tsukuba, Japan. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] 道家忠義他: "Absolute Scintillation Yields in Liquid Argon and Xenon for Various"Particles, Jpn. J. AppI. Phys.. 41(発表予定). (2002)
• [文献書誌] 大谷航: "New Experiment to Search for mu e gamma at PSI"Proc. The 3rd Workshop on "Neutrino Oscillations and their Origin" Dec. 2001,ICRR, Univ. of Tokyo Kashiwa, Japan. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 小曽根健嗣: "Liquid Xe detector for mu e gamma search"Proc. International Workshop on Technique and Application of Xenon Detectors, Dec. 2001,ICRR, Univ. of Tokyo, Kashiwa, Japan. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 春山富義他: "粒子検出用Xenonシステムの研究(5)〜大型プロトクライオスタットの冷却試験〜"2001年度春季低温工学・超電導学会講演概要集. 226 (2001)
• [文献書誌] 森俊則 他: "Mu to a gamma Experiments-Current and Future"Proc.the 7th Conference on the Intersections of Particle and Nuclear Physics, Quebec City, Quebec, Canada 22 May-28 May, 2000. (2000)
• [文献書誌] 三原智 他: "Search for Lepton Flavor Violation, Muon Decay Experiment"Proc.Workshop on Neutrino Oscillations and Their Origin, Fujiyoshida, Japan, 11-13 February, 2000. (2001)
• [文献書誌] S.Ritt et al.: "Search for Lepton Flavor Violation, Muon Decay Experiment"Proc. The 2nd Workshop on Neutrino Oscillations and Their Origin, Tokyo, Japan, 6-8 December, 2000. (2001)
• [文献書誌] 八島純 他: "Search for Lepton Flavor Violation, Muon Decay Experiment"Proc.New Initiatives in Lepton Flavor Violationa and Neutrino Oscillations with Very Intense Muon and Neutrino Sources, Hawaii, USA, 2-6 October, 2000. (2001)
• [文献書誌] T.Kato et al.: "Time and Energy Responses of Liquid Xenon Scintillation Chamber for 20Ne Ion Beam at 135A MeV"Japanese Journal of Applied Physics. (2001)
• [文献書誌] 三原智 他: "Development of a Liquid Xenon Calorimeter for mu to e gamma experiment at PSI"Proc.IEEE2000, Lyon, France, 15-20 October. 2000. (2001)
• [文献書誌] M.Yamashita et al: "Response of Liquid Xe Scintillator for Gamma Ray"Proc.IEEE2000, Lyon, France, 15-20 October. 2000. (2001)