| 研究課題/領域番号 |
19H00690
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 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 |
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研究代表者 |
三島 賢二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (20392136)
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| 研究分担者 |
関場 大一郎 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
吉岡 瑞樹 九州大学, 先端素粒子物理研究センター, 准教授 (20401317)
山下 了 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任教授 (60272465)
角野 浩史 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90332593)
北口 雅暁 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
46,020千円 (直接経費: 35,400千円、間接経費: 10,620千円)
2021年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2020年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
2019年度: 25,350千円 (直接経費: 19,500千円、間接経費: 5,850千円)
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| キーワード | 中性子寿命 / 中性子崩壊 / ビッグバン元素合成 / CKM行列 / 素粒子(実験) / 原子核(実験) |
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| 研究開始時の研究の概要 |
中性子は最も単純な原子核の一つであり、880.2+/-1.0秒で陽子、電子、反ニュートリノの3体にβ崩壊する。その寿命は素粒子、原子核、天文分野における重要なパラメーターのうちの一つであるが、現在報告されている中性子寿命はその測定手法により8.6秒(4.0σ)と大きく乖離しており、“中性子寿命問題 (Neutron Lifetime Puzzle)”と呼ばれている。この乖離が単なる実験の間違いなのか、あるいは未知の現象によるものなのか議論を呼んでいる。
本申請はJ-PARC大強度パルス中性子を用いた中性子寿命測定実験を遂行し、この問題の解決を目指す。
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| 研究成果の概要 |
中性子の寿命は初期宇宙での元素合成や素粒子標準理論を知る上で非常に重要なパラメーターであるが、その値は測定手法により値が9.5秒(4.6σ)ずれており、その解決は喫緊の課題となっている。本研究はJ-PARCパルス中性子を用いてガス検出器で中性子崩壊電子を検出することで、既存の実験とは異なる手法によって中性子寿命の精密測定を測定を行った。最初の実験結果として中性子寿命896±10(統計誤差) +15/-18 (系統誤差)[秒]を導出した。この精度では2つの手法のうち、どちらが正しいかを言及するには至っていない。この問題解決のため、中性子量の増強及び系統誤差の低減を行い、実験精度の向上を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
中性子は原子核を構成する核子のうちの一つで、寿命約15分で陽子と電子に崩壊することが知られています。近年、中性子の寿命が測定の方法によりその値が異なる、ということが報告がされています。その原因はまだわかっておらず、もしかすると中性子が消えてしまうような新しい物理現象ではないか、という議論もされています。我々は既存の方法とは違う方法で測定を行い、最初の実験結果を得ました。そして、実験を改良することでさらに実験の精度を上げています。今後の実験結果により、この問題が単なる実験の間違いであったのか、あるいは新しい現象なのかがわかってくると期待されます。
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