| 研究課題/領域番号 |
21H04483
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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 |
野村 正 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 (10283582)
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| 研究分担者 |
松村 徹 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 准教授 (00545957)
山中 卓 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20243157)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
35,880千円 (直接経費: 27,600千円、間接経費: 8,280千円)
2024年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2021年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 中性K中間子 / 稀崩壊 / ビームライン / 中性ビームライン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究はCP対称性を破る中性K中間子の稀崩壊過程の研究を通して素粒子標準理論を超える新物理の探索を行うものである．この崩壊過程が起こる確率は素粒子標準理論で精度良く予言されており，もし多寡があれば標準理論を超える新しい物理の寄与を示唆し，現在の宇宙における粒子・ 反粒子のアンバランスの起源解明にインパクトを与える．現在推進中の実験研究(J-PARC KOTO実験)では世界最高の探索感度に到達し，信号発見を目指している．本研究では，中性K中間子を生成するビームラインに新機能を加えることを軸として，背景事象の削減と評価方法を強化し，信号発見能力を高める計画である.
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| 研究実績の概要 |
本研究は，中性K中間子の非常に稀な崩壊過程を測定する実験研究(J-PARC KOTO実験)において，中性ビームラインの高機能化を通して背景事象の理解と定量評価を進め，信号発見能力を高めることを目的としている．
まず，2021年5月6月期にビームを利用した稀崩壊探索データの蓄積し，夏季よりデータ解析を進めた．一つ目の観点は新たに中性ビーム中に設置した検出器の性能評価である．この検出器は中性ビーム中にわずかに混入する荷電K中間子を検出し，背景事象源となることを防ぐために導入したものである．検出効率の評価により，荷電K中間子に起因する背景事象を1桁以上削減できることを立証した．二つ目の観点は，現行ビームラインの詳細な理解と物理結果に与える影響を検証することである．ビームライン出口付近の低エネルギー中性子や荷電粒子のフラックスを実測検証するとともに，中性K中間子崩壊によって発生する荷電パイオンに起因する熱中性子信号の影響についてシミュレーションによって評価した．
一方，ビームライン高機能化においては，第一段階として，ビームライン出口付近のコリメータの改造に向けたコリメータ内蔵型真空ダクトの準備を行なった．KOTO実験では，中性ビーム中に混入する荷電K中間子を排除するために，ビームライン最下流部に新たに磁石を導入して荷電粒子を掃き出す計画をしている．限られたスペース内で実現するため，ビームコリメータ最下流部を永久磁石の間隙に通せるようにしつつビーム整形機能をできる限り保持する必要がある．このために用いられるのがコリメータを内蔵する真空ダクトで，シミュレーションを用いて散乱粒子を最小する最適なコリメータ形状を決定した上で製作した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ビームラインの高機能化に先立つ現行ビームラインの詳細評価について，予定通り，ビームを利用したデータ取得を遂行し，データ解析も順調に進めることができている．下流コリメータの改造に関しては，データ解析を進めるうちに低エネルギー中性子や散乱中性K中間子の増加を抑制する対策を講じる必要性が明らかになり，これらを新たに検討項目としたシミュレーションを行う必要が新たに生じたため繰越を伴う遂行となったが，問題点の把握とシミュレーション手法の確立は完了していたため，翌年度早期に設計・製作を完了することができ，全体計画に遅れを生じることはなかった．
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| 今後の研究の推進方策 |
J-PARC KOTO実験では，中性ビーム中に混入する荷電粒子をビーム領域外に掃き出すための永久磁石をビームライン最下流に設置する予定となっている．本研究課題であるビームラインの高機能化の第二段階として，永久磁石と共存しつつビーム整形機能を保つ下流コリメータの構築を行う．磁石による磁場をビーム領域に適用する荷電粒子掃き出しモードに加えて，積極的に荷電粒子を残すために磁石を退避する運転モードを実現するため，遠隔で磁石位置を制御するシステムを設計・製作し，ビームラインに導入する前に連携した動作試験を行う．
2023年夏のビームライン改造作業を前に，現ビームラインを用いたデータ取得を行う．現ビームライン性能の理解を深めるとともに，特に，背景事象排除の鍵となるガンマ線検出器の性能評価データを収集し，現在より高統計データを用いた検出効率の評価を実現する.
2023年夏季の加速器運転休止期間を利用してビームライン改造を遂行し，続くビーム利用期間においてビームライン性能の評価を行う．以降，2024年度にかけてK中間子稀崩壊探索データの収集を行い，世界最高感度の探索を達成する．この間，随時，探索データの解析結果を公表する．
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