| 研究課題/領域番号 |
21H01091
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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 | 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 |
松岡 広大 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 (70623403)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2021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 | 粒子識別 / 高時間分解能 / GasPM / ガス増倍 / Photon feedback |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Belle II実験では、世界最高輝度のSuperKEKB加速器を使って大量のB中間子等を生成し、その崩壊を高精度で測定することで、素粒子標準理論で説明できない極めて稀な事象（新物理）を探索する。本実験の主要な挑戦は、大統計のデータ蓄積と加速器からのバックグラウンドγ線による測定精度悪化の阻止の2点である。そこで本研究では、自身が考案した高時間分解能のガス増倍型光検出器「GasPM」を応用して、事象再構成効率を倍増させかつバックグラウンドγ線を識別して積極的に排除できる新型粒子識別装置を開発する。
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| 研究実績の概要 |
新型粒子識別装置で用いるガス増倍型光検出器「GasPM (Gaseous PhotoMultiplier)」の動作を理解するため、名古屋大学に構築したテストベンチで、GasPM試作機（有感面積30×30mm^2）にピコ秒パルスレーザーを照射する試験を行った。ここでは、GasPMの光電面にLaB6、高抵抗板にテンパックス、光電子増倍用のガスにR134aとSF6を9:1で混ぜたガスを使用し、170μmのガスギャップに3.0kVを印加する条件で行った。
3.3×10^6のゲイン、25ピコ秒の1光子時間分解能が得られた。これは同程度の有感面積を持つ光検出器としては最も優れた時間分解能である。また、レーザー光によるGasPMの信号のタイミングから0.2nsほど遅れて出てくる信号の原因が、photon feedback（アバランシェ増幅中に生成される紫外線が光電面に当たって光電子が生成され、それが別のアバランシェ増幅を引き起こすこと）であると突き止め、GasPMの動作が完全に理解できた。なお、photon feedbackの発生確率は30%と推定された。これをいかに抑えるかが、GasPMを実用的な光検出器として活用する上での重要な課題の1つである。
この試験結果を元に、GasPMを応用した新型粒子識別装置の試作機を設計し、1台製作した。また、この試作機を宇宙線で試験するためのテストベンチをKEKに構築した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
コロナ禍における行動制限に加えて、社会情勢の大きな変化によりGasPMや新型粒子識別装置の部材調達が一部困難になったこともあり、GasPMの試験を予定通り進めることができなかった。
しかしながら、GasPMの動作を完全に理解することができた。ただし、photon feedbackの発生確率が大きいことは当初予期していなかったため、新たな課題が出てきたことになる。
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| 今後の研究の推進方策 |
ピコ秒パルスレーザーを用いたGasPMの性能評価を名古屋大学で続けながら、宇宙線を用いた新型粒子識別装置の性能評価をKEKで行う。レーザー試験を通して、GasPMのphoton feedback抑制に関する研究を進める。合わせて、時間分解能向上の試みも行う。一方、宇宙線試験を通して、新型粒子識別装置のMgF2窓の厚み、ギャップ幅やガス混合比の最適化をした後、電子ビームを用いて時間分解能の評価を行う。
また、Belle IIのモンテカルロ・シミュレーションにおいて、本粒子識別装置の導入によって期待される事象再構成効率の改善やバックグラウンドγ線の低減を詳細に見積もる。
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