| 研究課題/領域番号 |
20K14504
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 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 |
神田 聡太郎 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, 助教 (10800485)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ミュオン / 粒子検出器 / フェルミ結合定数 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、大強度のパルスミュオンビームを用いてミュオンの平均寿命を精密に測定するための測定器開発を行う。ミュオン寿命の精密測定によって標準模型の基本的かつ重要なパラメータのひとつであるFermi結合定数を決定することができる。先行実験の測定精度は統計誤差によって制限されており、本研究では10倍の精度向上を目指した要素開発を行う。SiPMを用いて細分化した粒子検出器、高速応答の信号処理回路、およびパイルアップの精密なモデルを実装した解析手法をそれぞれ開発し、次世代のミュオン寿命測定実験の実現に向けた計測システムを構築する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、J-PARC MLF MUSEにおける大強度パルスミュオンビームを用いたミュオン寿命の精密測定を目指して、粒子検出器の開発および実証試験を行なった。それぞれについて主に次のような成果が得られた。(1) 小型のシンチレーターと半導体光検出素子、および高速応答の信号処理回路を組み合わせ、パルスビームのもたらす瞬間的な高計数率に対応できる陽電子検出器を開発した。(2) MUSEのミュオンビームを用いて正負ミュオンの寿命を測定し、検出器のパイルアップをモデル化した関数で時間スペクトルを解析する手法を確立した。
これらの成果により、新たなミュオン寿命測定実験の実現に向けて大きく前進した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ミュオンは素粒子の一種であり、その平均寿命の測定は素粒子物理学における標準模型の検証に役立つ。寿命測定によって、弱い相互作用の強さを表すフェルミ結合定数が求められる。近年、異なる手法で求められたフェルミ結合定数の不一致やWボソン質量の乖離が報告されており、フェルミ結合定数の新たな精密測定は標準模型の理解を深化させる上で重要な役割を果たす。また、測定対象を負ミュオンに拡大したことで、ミュオンと原子核との反応を介して核物理への展開も可能となった。
さらに、本研究で開発した高性能の粒子検出器はミュオンスピン分光器の高度化にも寄与し、ミュオンスピン緩和法を用いた物質科学研究への波及効果も期待できる。
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