| 研究課題/領域番号 |
20H01926
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 |
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
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| 研究機関 | 東京大学 (2022-2023)
東北大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
永尾 翔 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30781710)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
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| キーワード | ハイパー核 / ストレンジネス / 精密分光 / 弱崩壊 / 高精度実験 / 原子核 / ハドロン / 高分解能 / 少数系 / 実験核物理 / 電磁生成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
この研究は、非常にエキゾティックな原子核であるラムダハイパー核の質量と寿命を精密に測定する研究である。ラムダハイパー核を精密に測定することで、原子核を形作る力の一般化が可能である。ラムダハイパー核と類似の状態は中性子星内部で安定に存在すると考えてられており、重力波検出などで話題となっている中性子星の構造解明に役立つと考えられる。
この研究では、ドイツ・マインツ大学における高精度ハイパー核質量分光法に加え、新たに東北大学電子光理学研究センターにある電子線加速器を用いたハイパー核寿命測定法を確立し、欧州原子核研究機構（CERN）が報告している結果を上回るハイパー核測定を実施する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、近年、重イオン衝突実験によって報告が続いているハイパー三重水素核の束縛エネルギーと寿命の測定結果が現在の理論的フレームワークでは統一的に理解できない問題（ハイパートライトンパズル）に対して、全く別のアプローチからハイパー三重水素の測定を行い、問題解明をはかるものである。
本研究で実施を目指している実験は、ドイツ・マインツ大学にある連続電子線加速器MAMIを用いた「ハイパー核崩壊パイ中間子分光によるハイパー三重水素核の質量分光」と東北大学電子光理学研究センターELPHにある電子シンクロトロンを用いた「（γ,K+）反応によるハイパー三重水素核の寿命測定」である。
MAMIにおける崩壊パイ中間子分光は、物理データの収集を終えてデータの解析段階にある。ハイパー四重水素核の観測に成功し、正しくデータ収集ができていることを確認できた。さらにデータ解析を進めることで、ハイパー三重水素核の観測が期待される。最終的な結果を得るには、実験で利用した磁気スペクトロメータの運動量較正が必須である。COVID-19の影響により、較正実験の実施が遅れていたが、運動量較正に必要な標的、電子ビームエネルギー測定の準備を行うことができた。2024年3月下旬より電子原子核弾性散乱を利用したスペクトロメータ較正を進めている。
ELPHにおける寿命測定は、測定に必要な検出器の整備を進めることができた。当初の予定とは異なり、入射ガンマ線のエネルギー、時刻を測定する光子標識化装置の放射線損傷が確認され、アップグレードが必要であったが、無事に完了させることができた。ガンマ線のプロファイルを行う検出器もストリーミング型DAQを導入することで、要求性能をはるかに凌駕する結果を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究では、「ドイツ・マインツ大学におけるハイパー三重水素の高精度質量分光」「東北大学電子光理学研究センターにおけるハイパー三重水素の寿命測定」を実施予定である。
マインツ大学での質量分光実験は、既に物理データの収集に成功しており、現在解析を進めている。この実験では測定に用いた磁気スペクトロメータ（Spek-A, C）の精密な較正が必須である。較正ソースとして、電子ビームが標的原子核に衝突、散乱されて出てくる散乱電子を用いる。必要な電子ビームのエネルギー測定、標的の製作を進めることができたものの、加速器運転や他の実験との調整が難航し、較正データの収集実験の実施が後ろに遅れてしまった。2024年3月よりデータ収集を開始しており、計画よりやや遅れているが、研究に必要な項目を進めることができた。
ELPHにおける寿命測定は、検出器に必要な機器（ケーブルコネクタ）の手配が困難な時期が生じたため、準備が当初予定より遅れてしまったが、必要物品の手配に目途をつけ、量産を開始することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も引き続き研究計画で実施予定であるMAMIでの質量分光とELPHでの寿命測定を進める。
MAMIでは、引き続きスペクトロメータ較正に必要なデータ収集を行う。2024年5月頃に必要なデータ収集を完了し、2024年中にデータ解析を通したスペクトロメータ較正に目途を付ける予定である。ハイパー三重水素核のデータ解析も並行して進める。最終的には研究計画通り、世界最高精度のもとハイパー核質量を決定することができるであろう。
ELPHでは、寿命測定に必要な検出器の量産が2024年7月頃に完了する見込みである。検出器群の設置作業、物理データ収集を開始する見込みである。
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