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2020 年度 研究成果報告書

四次元カロリメータで拓く素粒子標準理論を越える新物理

研究課題

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研究課題/領域番号 16H02184
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関大阪大学

研究代表者

南條 創  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (40419445)

研究分担者 塩見 公志  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, 助教 (40648036)
中家 剛  京都大学, 理学研究科, 教授 (50314175)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワードカロリメータ / MPPC / K中間子稀崩壊 / CPの破れ
研究成果の概要

我々の物質ばかりの宇宙は、既知の僅かな粒子・反粒子の差(CPの破れ)では作ることができず、初期宇宙での未知のCPの破れが関与したとされる。この起源を探索するのに、我々はCPを破るK中間子の稀な崩壊を、J-PARC加速器を用いたKOTO実験で探索している。KOTO実験では稀な崩壊からのγ線を捉えるのだが、中性子を起源とする背景事象が多く、この崩壊の探索が困難であった。ヨウ化セシウム結晶を用いた検出器で、XYの面方向位置と時間情報に加え、奥行き方向のZ位置を測定できるカロリメータ、4次元カロリメータを新規に開発し、γ線と中性子事象を弁別し、背景事象を1/50に削減し、探索感度を向上した。

自由記述の分野

素粒子実験

研究成果の学術的意義や社会的意義

結晶カロリメータについて、測定能力の4次元化に世界で初めて成功した。この性能を実証し、中性子事象とγ線事象の分離に成功し、素粒子や原子核実験の新たな可能性を示した。我々は、宇宙の消えた反物質の謎を解明すべく、KOTO実験で稀なK中間子の崩壊を探索している。4次元カロリメータを開発し、KOTO実験の探索感度を制限していた中性子起源の背景事象を1/50に削減することに成功し、これまでよりも10倍以上稀な崩壊でも探索できるよう、飛躍的に探索感度を向上させた。これにより、消えた反物資の謎を、さらに解明できるようにした。

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公開日: 2022-01-27  

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