| 研究課題/領域番号 |
21H04986
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分B
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
村松 憲仁 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 特任教授 (40397766)
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| 研究分担者 |
宮部 学 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 助教 (10613672)
清水 肇 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 名誉教授 (20178982)
堀田 智明 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (30332745)
時安 敦史 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 助教 (40739471)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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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 |
194,220千円 (直接経費: 149,400千円、間接経費: 44,820千円)
2025年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2024年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2023年度: 20,540千円 (直接経費: 15,800千円、間接経費: 4,740千円)
2022年度: 72,150千円 (直接経費: 55,500千円、間接経費: 16,650千円)
2021年度: 83,200千円 (直接経費: 64,000千円、間接経費: 19,200千円)
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| キーワード | ハドロン質量の起源 / エータプライム中間子 / 原子核内光生成 / カイラル対称性の自発的破れ / UA(1)量子異常 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
真空の性質変化によってハドロン粒子が質量を獲得する機構を実証するため、カイラル対称性が部分的に回復する超高密度環境である原子核内においてエータプライム中間子の質量が減る現象を捉える。本研究では、SPring-8の高エネルギー光子ビームを使って銅原子核内にエータプライム中間子を生成し、世界最高性能の大立体角電磁カロリメータで2個のガンマ線への崩壊を検出する。高統計・低バックグラウンドの次世代実験を推進して核内質量を直接測定すると共に、減少量の測定を通してハドロン構造の理解へ繋げる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、エータプライム中間子の核内質量を精密測定する大立体角電磁カロリメータBGOeggに加えて前方領域にPWO電磁カロリメータを新しく整備し、多重中間子光生成によるバックグラウンド事象の弁別能力を大幅に強化することが重要となっている。これまでに、前方の極角16度以下を覆える既存のPWO電磁カロリメータをインストールし、2021年度予算でデータ収集回路系の整備を行ってきた。2022年度および2022年度予算を繰り越した2023年度は、さらにBGOegg電磁カロリメータの老朽化したデータ収集系の更新を行うとともに、前方PWO電磁カロリメータを統合した全検出器系に対するデータ収集システムを問題なく稼働させる作業を進めた。同時に、検出器信号線上のノイズ落としや不調となった検出器チャンネルに対するデバッグ等も行った。また、LEPS2ビームラインのビームダンプにおいて放射線遮蔽を増強して放射長が従来の5倍となる銅標的を設置できるようにした他、前年度予算で整備した新型パルスレーザーを含む４台の紫外レーザーを運用して約5M Hzの光子ビーム強度も達成した。これらの実験準備の結果、2023年度末には物理データの収集を１ヶ月行う段階にまで進むことができた。並行して、前方PWO電磁カロリメータの拡張により覆える極角領域を増やす準備も進め、東北大学先端量子ビーム科学研究センターの陽電子ビームを用いたテスト実験等により新規に追加するPWO結晶の選定を行った。その結果を受けて、2022年度予算によりPWO結晶や高電圧印可装置、一部の光電子増倍管の購入・整備を進めた。
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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
本研究の第一段階では、既存の前方PWO電磁カロリメータ252チャンネル分をこれまで推進してきたBGOegg実験の検出器系に組み込み、第一期実験の観測結果を高統計かつ低バックグラウンドで検証することが目的であった。この目的を達成するためには、新旧の全検出器について信号確認およびゲイン・時間調整をして確実に稼働させる必要がある他、2000チャンネル程度ある全検出器のデータを統合して500 Hz以上のトリガーレートで長期に渡る安定取得ができなければならない。現時点において、これらの課題はクリアされており、物理データの収集段階にまで進んでいる。また、信号の高統計化にとって不可欠である光子ビーム強度の増強と標的厚の増加においては、各種の整備が順調に進んだため、計画段階で目標としてきた数値を共に達成することができている。並行して進めている前方PWO電磁カロリメータの拡張においては、無機シンチレータの安価な供給源であるロシア近郊国や中国において戦争やゼロコロナ政策の影響があって製造依頼先の選定に遅れが生じたが、2022年度予算を翌年に繰り越した上でPWO結晶等の調達を進めることができている。以上に列挙した理由により、本研究はおおむね当初計画通りに進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
極角24～144度を覆う大立体角電磁カロリメータBGOeggと極角16度以下に対応する前方PWO電磁カロリメータの組合せで検出器系を順調に運用できる体制となっており、今後は本研究の代表者・分担者および共同研究者でシフトを組みながら更に2～3か月の物理データ収集を進める。この際、DAQスピードを更に上げてデータ収集効率を向上させる取り組みを行う。収集したデータはエネルギー・時間較正作業を順次進め、新しくインストールした前方PWO電磁カロリメータの電磁シャワー再構成や荷電判定を含めた解析プログラムを開発する。全検出器系を用いて多重中間子光生成バックグラウンド事象を低く抑えた上で、BGOegg電磁カロリメータにより検出される2個のガンマ線の不変質量分布を測定し、エータプライム中間子が核内において質量減少する信号の有無を定量的に確認する。これと並行して、極角16～24度のガンマ線不感領域を出来る限り埋めるため、前方PWO電磁カロリメータの拡張を進める。PWO結晶や光電子増倍管を400チャンネル程度の円形壁型検出器として組み上げるためのフレームを製作し、上述した第一段階の物理データ収集の後に既存のPWO電磁カロリメータから解体して取り出した部材と本研究で新規整備してきた部材を合わせて新電磁カロリメータを建設する。拡張した前方PWO電磁カロリメータは宇宙線やLEPS2ビームラインを用いてコミッショニングを行い、早期の実験運用を目指す。
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A-: 研究領域の設定目的に照らして、概ね期待どおりの進展が認められるが、一部に遅れが認められる
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