Ｊ－ＰＡＲＣでのバンチ化中性子と大口径ＴＰＣを用いた世界最高精度の中性子寿命測定

• 研究課題/領域番号: 15J04202
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 富田 龍彦 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 中性子 / 基礎物理 / 中性子の物理 / 寿命測定

研究実績の概要

本研究は、加速器で生成された中性子を用いての寿命測定実験であり、これは世界で初めての試みである。既存の中性子寿命を決定している他実験と独立な手法を用いることにより、これまでに問題となっていた系統誤差の要因を排除した高精度な寿命測定が期待されている。本年度は大強度陽子加速器施設(J-PARC)でビームを用いた物理測定を行い、統計精度O(1)%精度のデータを取得し最初の物理成果を2017年度秋の学会にて報告した。J-PARCの運転強度が予定されていたものよりも低い状態で推移したため、期待していた統計量を取得するために2017年夏以降もデータ取得を継続中である。さらに系統誤差の改善のため2017年11月に運転時の検出器ガス圧を50kPaに設定した物理測定の取得をおこなった。これは現状の100kPa運転時に課題となっていた、中性子が運転ガスにより散乱されることに伴う背景事象を低減するための試みであり、運転ガス圧に比例してこの背景事象は減少すると期待される。測定を通して中性子の散乱数が半減していることを確認したことにとどまらず、100kPaと同じく解析手法の最適化を行い、最終的にO(1)%精度の中性子寿命を決定するに至った。この値に関しては2018年春の学会にて報告を行った。
本研究はさらなる精度向上のため、ビーム径の拡大を通した統計面での改善と、より低ガス圧での運転を通した系統誤差の改善を通して、最終的には0.1%精度での中性子寿命測定を実現する。低ガス圧での運転に関する検出器のアップグレードが現在進行中であり、2018年度には新たに開発した低発熱のアンプを使用した低ガス圧での運転が実現できると予定である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Development of time projection chamber for precise neutron lifetime measurement using pulsed cold neutron beams (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Arimoto,N.Higashi,Y.Igarashi,Y.Iwashita,T.Ino,R.Katayama,R.Kitahara,M.Kitaguchi,H.Matsumura,K.Mishima,N.Nagakura,H.Oide,H.Otono,R.Sakakibara,T. Shima,H.M.Shimizu,T.Sugino,N.Sumi,H.Sumino,K.Taketani,G.Tanaka,M.Tanaka,K.Tauchi,A.Toyoda,T.Tomita,T.Yamada,S.Yamashita,H.Yokoyama,T.Yoshioka
  • 雑誌名: Nuclear Instrument sand Methods in Physics Research A 巻: 799 ページ: 187-196
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.08.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：新アンプ・新検出器の試験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 富田 龍彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：新アンプの評価と低ガス圧運転 (2017)
  • 著者名/発表者名: 富田龍彦
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：低ガス圧運転での取得データの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 富田龍彦
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] The status report of detector upgrade for Neutron Lifetime Measurement at J-PARC (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tomita
  • 学会等名: HINT2016
  • 発表場所: J-PARC
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Neutron Lifetime Measurement at J-PARC/MLF/BL05 (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Tomita
  • 学会等名: PSI2016
  • 発表場所: PSI
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:新検出器・アンプ開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 富田 龍彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2016-09-21