ミューオン電子転換過程探索実験のための超低物質量グラファイトストローの開発

• 研究課題/領域番号: 20H01914
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 渡邊 圭 信州大学, 繊維学部, 特任准教授 (30737763)
• 研究分担者: 橋本 義徳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 主任技師 (10391749) ; 西口 創 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (10534810)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円); 2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: グラファイト / ナノファイバー / 素粒子実験 / ミューオン / ストローチャンバー / エレクトロスピニング / ポリイミド / 不織布 / 複合材料

研究開始時の研究の概要

本研究では、ナノファイバーおよびポリイミドのグラファイト化技術を応用することで、従来技術では到達できない「膜厚5μm、直径5mm」の超低物質量グラファイトストローを実現する。この超低物質量グラファイトストローを検出器に用いることで、ミューオン電子転換過程(μN→eN)探索(COMET)実験での未踏領域である感度［10-18］の実現が可能となる。これにより世界初のμ-e 転換事象発見の可能性を飛躍的に高め、大型ハドロン衝突型加速器(LHC)実験で得られる結果に別の切り口から得られる知見を組み合わせ、素粒子標準理論を越える新しい物理描象により詳細に迫ることを可能にする。

研究成果の概要

本研究では、ミューオン電子転換過程探索実験のための超低物質量グラファイトストローの開発を行った。具体的には、エレクトロスピニング（ES）法を用いてポリイミド(PI)前駆体であるポリアミック酸(PAA)を原料としてナノファイバー（NF）ストローを作製し、そのPAA NFストローを熱処理することでPI NFストローを作製した。さらにPI NFストローにPAA溶液を含浸、熱処理することでPI　NFを骨格としたPIストローを得た。PI　NF複合PIストローを2800℃のアルゴン雰囲気で熱処理しグラファイトストローを作製することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

当該研究グループは、ES法によるNF製造技術とポリアミック酸を原料に用いて熱処理によるグラファイト化技術とを組み合わせることで新たなグラファイト複合構造体の超低物質量グラファイトストローを創成した。本研究成果である超低物質量グラファイトストローを素粒子実験の検出器に応用することで、新物理で予言される稀崩壊の探索における分岐比感度を上げることが可能となるが、これは大型ハドロン衝突型加速器(LHC)実験などのエネルギーフロンティア実験での衝突エネルギーを上げることと同義である。そのため世界初のミューオン電子転換事象発見の可能性を飛躍的に高められる可能性がある。