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2016 年度 実績報告書

J-PARC大強度パルス中性子を用いた中性子寿命の精密測定

研究課題

研究課題/領域番号 16H02194
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

研究代表者

三島 賢二  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (20392136)

研究分担者 吉岡 瑞樹  九州大学, 先端素粒子物理研究センター, 准教授 (20401317)
角野 浩史  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90332593)
北口 雅暁  名古屋大学, 現象解析研究センター, 准教授 (90397571)
山下 了  東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任教授 (60272465)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード中性子寿命 / ビッグバン元素合成
研究実績の概要

中性子の寿命はビッグバン元素合成を知る上での重要なパラメーターである。中性子の寿命は中性子数と単位時間当たりの崩壊数を数えるビーム法と超冷中性子を蓄積してその崩壊時間を測定する蓄積法の2種類が存在するが、値が8.4秒(4σ)ずれており喫緊の問題となっている。本実験はこの問題を解決すべく既存の実験とは異なる手法によって中性子寿命の精密測定を測定を行うものである。2016年度の進捗を以下にまとめる。
1) 中性子寿命の物理測定: 2016年前期に30日程度の物理測定を行った。実時間としてJ-PARCのターゲットトラブルのため、ビームパワーが200 kWと想定の1/3であったため、統計精度は15秒程度となった。現在本実験の最初の結果を導出すべく解析を進めている状況である。
2) スピンフリップチョッパー: 現在統計が実験を律速している。中性子ビームを40cmのバンチにするためにスピンフリップチョッパーを用いているが、この大きさがビーム量を決定しているため、この大型化を進めている。大型ミラーの配置をシミュレーションし、20倍のビーム量増加を得られる条件を算出した。この条件に合わせジグの設計、作成を行いビーム試験によりミラーの性能及び偏極度を確かめた。
3) ASICアンプ開発: 現在使用しているアンプの発熱が系統誤差の要因となっているため、発熱が1/50であるASICアンプを開発している。読み出し回路の設計し、実用の24chボードを作成、テストを行った。現在後段のアンプの設計まで終了し開発を行っている。
4) 3He/4He分析計のイオン源開発: ビーム量測定のためガス検出器に少量の3Heを加えて実験を行っている。3He/4He分圧測定から3He量を導出するため質量分析計を用いている。現在イオン源の安定が問題になっており、安定化のためにBaur型イオン源の開発を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2016年度予定していた物理測定を行ったが、J-PARCのビームパワーが想定の1/3程度である200kWでの運転であったため、予定していた統計が得られなかった。今後必要な統計を集めるべく追加の物理測定を行う予定である。

今後の研究の推進方策

J-PARCのビームパワーが想定に達しておらず、第一段階として予定していた物理結果に到達していない。2017年度前期に追加で物理測定を行い、必要な統計を集める。
実験終了後、中性子ビーム光学系やガスラインなどの予定していた装置のアップデートを行う予定である。

備考

1) 中性子の寿命の謎 (日経サイエンス)
http://www.nikkei-science.com/201606_054.html
は研究代表者の三島が監修を務めている。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 10件、 招待講演 1件) 備考 (5件)

  • [雑誌論文] Precise neutron lifetime experiment using pulsed neutron beams at J-PARC2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nagakura et. al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 26th International Nuclear Physics Conference, 11-16 September, 2016, Adelaide, Australia, Proceedings of Science

      巻: not yet ページ: 未定

    • DOI

      not yet

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:中性子捕獲ガンマ線の解析2017

    • 著者名/発表者名
      古賀淳
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験 : 背景事象の見積もり2017

    • 著者名/発表者名
      家城斉
    • 学会等名
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:系統誤差のまとめと結果2017

    • 著者名/発表者名
      山田崇人
    • 学会等名
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:新アンプ・新検出器の開発2017

    • 著者名/発表者名
      富田龍彦
    • 学会等名
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] J-PARC/BL05 における中性子寿命測定実験:大型中性子輸送光学系の性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      横橋麻美
    • 学会等名
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス (大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] Neutron lifetime measurement at BL05 MLF J-PARC2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mishima
    • 学会等名
      2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • 発表場所
      エポカルつくば(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] Vud with Neutron beta decay2016

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mishima
    • 学会等名
      HINT2016
    • 発表場所
      茨城県量子ビームセンター(茨城県・東海村)
    • 年月日
      2016-12-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement of neutron lifetime with pulsed cold neutron beam at J-PARC2016

    • 著者名/発表者名
      Sei Ieki
    • 学会等名
      International workshop on future potential of high intensity proton accelerator for particle and nuclear physics (HINT2016)
    • 発表場所
      茨城県量子ビームセンター(茨城県・東海村)
    • 年月日
      2016-12-04 – 2016-12-08
    • 国際学会
  • [学会発表] The status report of detector upgrade for Neutron Lifetime Measurement at J-PARC2016

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tomita
    • 学会等名
      International workshop on future potential of high intensity proton accelerator for particle and nuclear physics (HINT2016)
    • 発表場所
      茨城県量子ビームセンター(茨城県・東海村)
    • 年月日
      2016-12-04 – 2016-12-08
    • 国際学会
  • [学会発表] 中性子寿命測定実験のための中性子捕獲ガンマ線の研究2016

    • 著者名/発表者名
      古賀淳
    • 学会等名
      第122回日本物理学会九州支部例会
    • 発表場所
      福岡大学 (福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-11-30
  • [学会発表] 中性子寿命実験の高精度化に向けた検出器の改良および性能評価2016

    • 著者名/発表者名
      森下彩
    • 学会等名
      第122回日本物理学会九州支部例会
    • 発表場所
      福岡大学 (福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-11-30
  • [学会発表] Neutron Lifetime Measurement at J-PARC/MLF/BL052016

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Tomita
    • 学会等名
      PSI2016
    • 発表場所
      Villigen, Swizerland
    • 年月日
      2016-10-18
    • 国際学会
  • [学会発表] High precision Study of Weak Interaction with Neutrons2016

    • 著者名/発表者名
      Kenji Mishima
    • 学会等名
      International Workshop on Neutrino Nuclear Responses for Double Beta Decays and Astro-Neutrino Interactions (NNR16)
    • 発表場所
      RCNP (大阪府・茨木市)
    • 年月日
      2016-09-29 – 2016-09-30
    • 国際学会
  • [学会発表] J-PARC/MLF/BL05における冷中性子ビームを用いた^14^N(n,p)^14^C反応断面積測定2016

    • 著者名/発表者名
      北原龍之介
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス (宮崎県・宮崎市)
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-24
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:信号事象の同定2016

    • 著者名/発表者名
      家城斉
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス (宮崎県・宮崎市)
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-24
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:新検出器・アンプ開発2016

    • 著者名/発表者名
      富田龍彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス (宮崎県・宮崎市)
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-24
  • [学会発表] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:検出効率・その他系統誤差と結果2016

    • 著者名/発表者名
      山田崇人
    • 学会等名
      宮崎大学 木花キャンパス (宮崎県・宮崎市)
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス (宮崎県・宮崎市)
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-24
  • [学会発表] Precise Neutron Lifetime Experiment Using Pulsed Neutron Beams at J-PARC2016

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nagakura
    • 学会等名
      International Nuclear Physics Conference 2016
    • 発表場所
      Adelaide, Australia
    • 年月日
      2016-09-16
    • 国際学会
  • [学会発表] NEUTRON LIFETIME MEASUREMENT AT J-PARC2016

    • 著者名/発表者名
      Naoyuki Sumi
    • 学会等名
      14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos XIV, 19-24 June 2016
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-24
    • 国際学会
  • [学会発表] 14N(n, p)14C CROSS SECTION MEASUREMENT FOR COLD NEUTRON BEAM AT J-PARC2016

    • 著者名/発表者名
      Ryunosuke Kitahara
    • 学会等名
      14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos XIV, 19-24 June 2016
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-24
    • 国際学会
  • [学会発表] He Standard of Japan (HESJ)の3He/4He比校正2016

    • 著者名/発表者名
      三島賢二
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ (千葉県・幕張市)
    • 年月日
      2016-05-22
  • [学会発表] Measurement of neutron lifetime with pulsed cold neutron beams at J-PARC: Experimental apparatus and method2016

    • 著者名/発表者名
      Sei Ieki
    • 学会等名
      Probing Fundamental Symmetries and Interactions with UCN
    • 発表場所
      Mainz, Germany
    • 年月日
      2016-04-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of neutron lifetime with pulsed cold neutron beams at J-PARC: Analysis and Result2016

    • 著者名/発表者名
      Naoyuki Sumi
    • 学会等名
      Probing Fundamental Symmetries and Interactions with UCN
    • 発表場所
      Mainz, Germany
    • 年月日
      2016-04-12
    • 国際学会
  • [備考] 中性子の寿命の謎

    • URL

      http://www.nikkei-science.com/201606_054.html

  • [備考] 中性子寿命の精密測定

    • URL

      http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/yamashita/?page=neutron_life

  • [備考] 中性子寿命の精密測定

    • URL

      http://nop.kek.jp/Zope2/Home/hgdjyv/05j2pb

  • [備考] 中性子寿命の精密測定

    • URL

      http://www.kmi.nagoya-u.ac.jp/jpn/spotlight/spotlight09.php

  • [備考] 中性子寿命

    • URL

      http://phi.phys.nagoya-u.ac.jp/research/nlifetime.html

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公開日: 2018-01-16  

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