| 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 (2025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 |
本研究は、高密度環境となっている原子核内においてエータプライム中間子の質量を精密測定し、真空の性質変化による質量減少の証拠を実験的に捉えることを目的としている。エータプライム中間子の質量は2個のγ線へ崩壊するモードを大立体角電磁カロリメータBGOeggで検出してそれらの不変質量を測定することによって行うが、多重中間子光生成による大量のバックグラウンド事象を効率的に除去して信号の統計的有意度を上げるため、前方領域にPWO電磁カロリメータを追加整備することが重要となっている。これまでに、極角16度以下の前方を覆うことができるPWO電磁カロリメータをインストールしてデータ収集回路系の新規整備を行ってきた他、BGOegg電磁カロリメータの老朽化したデータ収集系の更新やLEPS2ビームラインにおけるパルスレーザー導入による光子ビーム強度の5MHzへの増強、ビームダンプ強化による放射長5倍の銅原子核標的の設置など、研究当初からの目標を達成してきた。これらの成果を受けて2024年度は物理データの収集を4カ月に渡って行うことができ、順次データの較正や解析を進めている。並行して、前方PWO電磁カロリメータの拡張に向けた開発も順調に進んでおり、既に購入した150本の追加PWO結晶について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てテスト実験を行い良好な性能を確認できた他、合わせて使用する光電子増倍管や高電圧印可装置の選定・調達も進展した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、光子ビーム強度の増強と銅原子核標的厚の増大によるエータプライム中間子光生成量の高統計化および電磁カロリメータ系の立体角増による低バックグラウンド化を重点項目に挙げており、いずれも計画通りに達成すると同時に物理データの長期収集に漕ぎつけることができている。炭素原子核標的による既存データで核内エータプライム中間子質量が減少する信号の兆候が観測されているが、2024年度に取得したデータでは信号感度が更に1桁以上向上することが期待され、目的とするハドロン質量の起源解明に向けた重要なマイルストーンに到達することができた。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PWO結晶の調達と性能評価が終わり、光電子増倍管などを含めたシンチレーション光信号読み出し部の整備が着々と進んでいる。光電子増倍管の要求仕様を厳しくしたことでその調達計画に研究費の繰越しを伴う若干の遅れが生じているが、研究スケジュールはほぼ想定の範囲内で消化されている。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16～24度に残るガンマ線不感領域を埋めるため、前方PWO電磁カロリメータの拡張を進める。光電子増倍管の追加調達を進めた上で現在運用している前方PWO検出器へ150チャンネル分を追加で組み込み、電磁カロリメータ系の更なる大体角化を実現する。また、銅原子核標的に5MHzの大強度光子ビームを照射する物理データの収集を4カ月続ける計画を立てており、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進める。収集したデータはエネルギー・時間較正作業を順次行い、これまでに無く高統計となった物理データを使った新たな解析を推進する。その際、エータプライム中間子の核内質量減少信号は、核外崩壊によって通常の質量を示す事象のピーク構造に対して低質量側のテールとして観測されるため、様々な系統誤差による誤認の可能性を一つひとつ排除した上で測定を進める必要がある。これらの観点を踏まえて信頼度を高めた解析手法で早急に信号の有無を確認し、信号の存在が示唆されれば質量減少量などを定量的に求める。解析状況や実験結果は、実験参画者の間で分担しながら各種学会や国際会議で公表していく。
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| 評価結果 |
中間評価
A-: 一部に遅れ等が認められるため、今後努力が必要であるが、概ね順調に研究が進展しており、一定の成果が見込まれる
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