大強度ハドロンビーム実験で用いる超伝導X線検出器技術の基礎研究

• 研究課題/領域番号: 16K17718
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2017-2018); 国立研究開発法人理化学研究所 (2016)
• 研究代表者: 橋本 直 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (20732952)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: X線検出器 / 超伝導検出器 / K中間子原子 / J-PARC / TES / マイクロカロリメータ / 実験核物理

研究成果の概要

ハドロンと原子核間の強い相互作用の研究における強力な手法の一つであるハドロニック原子X線分光の精度を向上させるため、優れたエネルギー分解能を持つ超伝導遷移端型マイクロカロリメータ(TES)を大強度ハドロンビーム環境下で応用する手法の確立を目指した。特に荷電粒子直撃による分解能悪化及び背景事象の増加という問題や、限られた検出器を立体角を最大限活かすインテグレーション手法に関する研究をすすめ、J-PARCでのK中間子ヘリウム原子X線分光実験の成功へ繋げた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超伝導遷移端型マイクロカロリメータ(TES)は近年開発の進展が著しい高分解能なX線検出器であるが荷電粒子が多数飛び交う環境での利用は難しいと考えられていた。本研究ではそれらを克服して既存の加速器実験装置群と組み合わせて実験を遂行する応用手法を確立した。我々はこれにより従来にない高精度のX線測定でK-中間子の原子核中でのポテンシャルを検証することに貢献しようとしている。本研究の成果であるTES検出器応用技術は他の加速器環境やX線衛星でも利用可能であり幅広いサイエンスへの展開が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] 国立標準技術研究所(NIST)(米国)
• [国際共同研究] INFN-LNF(イタリア)
• [国際共同研究] SMI研究所(オーストリア)
• [国際共同研究] 国立標準技術研究所(NIST)(米国)
• [国際共同研究] ルンド大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] ステファンマイヤー研究所(SMI)(オーストリア)
• [国際共同研究] イタリア国立核物理研究所(INFN)(イタリア)
• [雑誌論文] Beamline Test of a Transition-Edge-Sensor Spectrometer in Preparation for Kaonic-Atom Measurements, HEATES Collaboration (2017)
  • 著者名/発表者名: HEATES Collaboration
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 27 号: 4 ページ: 0-5
  • DOI: 10.1109/tasc.2016.2646374
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kaonic-Atom X-ray Spectroscopy with Superconducting Microcalorimeters (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto et al.
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First application of superconducting transition-edge sensor microcalorimeters to hadronic atom (2016)
  • 著者名/発表者名: HEATES Collaboration
  • 雑誌名: Prog Theor Exp Phys 巻: 9 号: 9 ページ: 0-9
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw130
  • 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 E15実験における前方核子を用いたKbarNN束縛状態の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本直, 井上謙太郎、岩崎雅彦、川崎新吾、Yue Ma, 野海博之、大西宏明、岡田信二、應田治彦、佐久間史典、佐藤将春、谷田聖、山我拓巳、他
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] TES application to kaonic atom X-ray spectroscopy in a charged-particle beamline (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, S. Okada, S. Yamada, H. Tatsuno, K. Tanida, D.A. Bennett, W.B. Doriese, J.W. Fowler, G.C. O’Neil, C.D. Reintsema, D.R. Schmidt, D.S. Swetz, J.N. Ullom, et al.
  • 学会等名: 17th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • 国際学会
• [学会発表] Kaonic nuclei studied via K- induced reactions at J-PARC (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, S. Enomoto, K. Inoue, M. Iwasaki, S. Kawasaki, Y. Ma, H. Noumi, H. Ohnishi, S. Okada, H. Outa, Y. Sada, F. Sakuma, M. Sato, K. Tanida, M. Tokuda, T. Yamaga, Q, Zhang, et al.
  • 学会等名: International Conference on Exotic Atoms and Related Topics (EXA2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] K中間子原子X線実験（最近の話題） (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋本直
  • 学会等名: クォークから原子核、原子へと広がる物理
• [学会発表] Ξ原子実験でのX線マイクロカロリメータ応用の可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋本直
  • 学会等名: 第6 回「ストレンジネス核物理を考える会」
• [学会発表] (K-,p) at E15 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto
  • 学会等名: Kaon in atoms/nuclei at DAFNE and J-PARC
  • 国際学会
• [学会発表] Application of X-ray microcalorimeters to hadronic atom spectroscop (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto et al.
  • 学会等名: Neutron star matter (NSMAT2016)
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2016-11-21
  • 国際学会
• [学会発表] J-PARCにおけるK-ビームを用いた超伝導遷移端マイクロカロリメータの性能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本直 et al.
  • 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
• [学会発表] High-resolution kaonic atom X-ray spectroscopy with transition-edge sensors (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto et al.
  • 学会等名: Applied superconductivity conference 2016 (ASC2016)
  • 発表場所: Denver, CO (USA)
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会