大強度パルスミューオンビームで解き明かす荷電レプトン間のフレーバー混合

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06135
• 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: 三原 智 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, 教授 (80292837)
• 研究分担者: 西口 創 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 (10534810) ; 上野 一樹 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 (20587464) ; 五十嵐 洋一 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, 講師 (50311121) ; 吉田 誠 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, 研究機関講師 (70379303) ; 深尾 祥紀 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 (80443018)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: 量子ビーム / ミューオン / 荷電レプトン / フレーバー混合

研究実績の概要

本研究では cLFV 過程の一つであるミューオン電子(μ－e)転換過程を10－16の分岐比感度で探索するために必要な大強度パルスミューオンビーム実現を目指して研究を開始した。当初の予定では、本研究で進めるビーム診断用検出器を用いて、J-PARC COMET実験施設で生成されるパルスミューオンビームの詳細を調べ、その大強度化を実現することを目指していたが、施設建設の遅れによりビーム診断を行うことができなかった。また、ビーム診断に続いて実施を予定していた物理反応計測に関しても、本研究遂行期間内には完了することができなかった。このような状況ながら、パルスミューオンビーム実現を目指して以下のような研究を実施し、施設建設が完了すれば研究成果を導出できることを確認した。
J-PARC加速器により生成した大強度ミューオンビームを安定に実験室へ輸送するためには、実験室の輸送ソレノイド磁石出口から滑らかに磁場接続を行うための電磁石（ブリッジソレノイド磁石―BS磁石）が必要であり、これを実現することは本研究の第一の目標であった。2021年度には研究チーム内で工程管理を行うことで磁石製作のためのコストダウンを実現し、BS磁石製作を完遂した。
2021年5月に陽子ビームによるπ中間子生成計測と陽子ビーム時間構造の計測を別ビームラインで実施し、標的前方へのパイ中間子生成データを取得した。この結果、生成断面積に関しては過去に得られたデータと矛盾が無いことを確認し、陽子ビーム時間構造に関しても、ビームパルスからの漏れ出し具合を表すビームエクスティンクション係数が10－10程度以下であることを確認した。
検出器開発に関しては当初の計画通りLYSO検出器の製作を進めビームモニター建設を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Joint Insitute for Nuclear Research /Budker Institute of Nuclear Physics(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Joint Insitute for Nuclear Research /Budker Institute of Nuclear Physics
• [国際共同研究] Imperial College London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Imperial College London
• [国際共同研究] Georgean Technical University(ジョージア)
  • 国名: ジョージア
  • 外国機関名: Georgean Technical University
• [国際共同研究] National Academy of Science of Belarus(ベラルーシ)
  • 国名: ベラルーシ
  • 外国機関名: National Academy of Science of Belarus
• [国際共同研究] 中山大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中山大学
• [雑誌論文] Gigabit Ethernet Daisy Chain on FPGA for COMET Readout Electronics (2021)
  • 著者名/発表者名: Hamada Eitaro、Fujii Yuki、Igarashi Youichi、Ikeno Masahiro、Mihara Satoshi、Nishiguchi Hajime、Oishi Kou、Uchida Tomohisa、Ueno Kazuki、Yamaguchi Hiroshi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 68 ページ: 1968～1975
  • DOI: 10.1109/TNS.2021.3085100
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of the last flavor violation in particle physics (2021)
  • 著者名/発表者名: Mihara Satoshi
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 2319 ページ: 020001
  • DOI: 10.1063/5.0037361
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] COMET実験に向けたJ-PARC K1.8BRビームラインにおけるエクスティンクションの評価結果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野口恭平、西口創、上野一樹、深尾祥紀、三原智、他
  • 学会等名: 日本物理学会年会
• [学会発表] COMET実験におけるミューオンビームモニター用SiC半導体検出器の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤田陽一、深尾祥紀、他
  • 学会等名: 日本物理学会年会
• [学会発表] COMET実験に向けたJ-PARC加速器を用いたエクスティンクション試験の結果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野口恭平、西口創、上野一樹、深尾祥紀、三原智、他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] COMET Muon モニターへの応用を目的とした SiC センサーの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤田陽一、深尾祥紀、他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [備考] COMET Experiment
  • URL: https://comet.kek.jp