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2018 年度 実績報告書

新しいレプトン対称性の破れの探求

研究課題

研究課題/領域番号 18H05226
研究機関名古屋大学

研究代表者

飯嶋 徹  名古屋大学, 現象解析研究センター, 教授 (80270396)

研究分担者 早坂 圭司  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (40377966)
角野 秀一  首都大学東京, 理学研究科, 教授 (70376698)
三部 勉  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 (80536938)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワード素粒子物理学 / 対称性の破れ / レプトン / フレーバー物理 / 異常磁気能率 / 粒子識別装置 / ビッグデータ
研究実績の概要

本研究では、素粒子現象における新しいレプトン対称性の破れを探索し、標準理論を超える新物理発見を目指す。特に、Belle II 実験におけるB 中間子崩壊でのレプトン普遍性の破れと、タウレプトン崩壊でのレプトンフレーバー保存則の破れを探求し、そのために必要な検出器の性能改良、ビッグデータ解析技術の開発を進める。さらに、Belle II実験の技術の応用や電子-陽電子衝突断面積の精密測定により、ミューオン異常磁気能率(g-2)測定実験の精度向上を図ることを目的としている。
H30年度においては、Belle II実験における電子陽電子衝突実験が始まり、その初期データを使って、粒子識別性能や光子エネルギー分解能などの実験の基礎性能評価を進め、B中間子やτレプトンの生成を再確認した。また、本研究参画研究者が中心となって製作したTOP検出器とA-RICH検出器の運転を開始し性能検証を進めるとともに、今後の本格データ収集に向け、データの高速転送やグリッド計算によるデータ処理の情報を可視化するシステム構築も進めた。さらに、将来の実験高度化に向けた開発研究として、TOP用光検出器MCP-PMTの性能改善や、A-RICH用の新光センサーとしてシリコン光電子増倍管を用いたシステムの検討を始めた。
一方、J-PARCにおけるミューオンg-2の精密測定の要となる低エミッタンスミューオンビーム生成に向けて、RF空洞を用いたミューオンビームのバンチングおよび加速の実証試験を行った。MCPを用いた高時間分解能ミューオン測定器を開発し、加速ビームが予想通りのバンチ構造を持つことを確かめた。また、ミューオン源に関するシミュレーションを構築し、生成標的の最適化を可能にした。Belle IIにおける電子-陽電子衝突断面積の精密測定に向けて、始状態輻射過程によるρ中間子生成断面積の確認を行った。

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

本研究では、SuperKEKB加速器やJ-PARC加速器施設における共同実験の中で、本研究参画研究者が、独自性の高い物理研究や開発研究を進め、標準理論を超える新物理発見を主導することを目指している。
これまで建設を進めてきたSuperKEKB/Belle II実験がいよいよ本格始動して、電子-陽電子ビームの初衝突観測に成功したことは、国際共同実験にとって大きなマイルストーンの達成であったが、その中で、本研究参画研究者が主導して長年にわたり開発と製作を進めてきたTOP検出器とA-RICH検出器の動作が実データで確認できた。両検出器は、従来にはない新型粒子識別装置であり、その性能が確かめられたことは大きな成果と言ってよい。
また、J-PARC加速器におけるミューオン異常磁気能率測定の要となるミューオンRF加速器の開発においても、Belle II実験で培ったMCP(マイクロチャンネルプレート)を使った高時間分解能計測技術を駆使して、加速後のミューオンのバンチ構造を確認することに成功し、当初の計画通りに、実験プロジェクトの協奏による成果を得ることができた。
これらの成果は、投稿論文だけでなく、多くの学会講演による発表、研究に従事した大学院生の受賞にもつながっている。
2018年11月には、本研究と関連した新物理探索に関する国際研究会「Hints for New Physics with Heavy Flavors」(2018年11月15-17日、名古屋大学)を開催し、本研究の成果発表を行うとともに、国内外の第一線の研究者と集中的に議論を行うことができた。

今後の研究の推進方策

Belle II実験においては、2019年度中に約200/fbの衝突データを収集する予定である。これを用いて、粒子識別性能や運動量・エネルギー分解能、ハドロン再構成効率、トリガー効率の評価をさらに進める。ビームの高輝度化に伴って、ビームバックグラウンドが解析に与える影響を評価し、最小限の影響で解析を行える条件を模索していく。B → D(*) τ ν崩壊やτ→ μμμ崩壊における新物理発見にはまだ統計が足りないものの、既存のBelle実験やBaBar実験との実験性能の厳密な比較や、これらの崩壊分岐比を規格化するのに必要なB→D(*)lν崩壊の分岐比の測定は遅滞なく進める。
Belle II実験の本格的な進行に伴い、TOP検出器とA-RICH検出器の粒子識別性能の最適化に取り組むとともに、今後の更なる高輝度化に向けた新型光検出器の開発目標を定め、開発研究を具体化してゆく。TOP用MCP-PMTについては、よりバックグランド耐性の強いタイプの検出器を、高バックグランド領域に導入する。また、今後長期間にわたってデータを取得し、解析を高効率で遂行するために、計算機環境の増強を図るとともに、問題が起きたグリッドサイトの除外や、サイト管理者への通知の自動化を実現するシステムの開発など、国際共同研究の中でのハブ機能を強化してゆく。
ミューオンg-2/EDM実験のビーム開発は、前年度決定したミューオン源の設計に基づき、熱エネルギーのミューオン生成を実証する。次に、これをすでに動作試験済みのRF加速空洞を用いて加速するという段階を踏んで目的となる低エミッタンスミューオンビームの開発を推進する。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 オープンアクセス 2件、 査読あり 6件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 19件、 招待講演 14件) 備考 (5件) 学会・シンポジウム開催 (3件)

  • [国際共同研究] University of Hawaii/Pacific Northwest National Laboratory/University of Cincinnatti(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Hawaii/Pacific Northwest National Laboratory/University of Cincinnatti
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] Josef Stefan Institute/University of Ljubljana/University of Maribor(スロベニア)

    • 国名
      スロベニア
    • 外国機関名
      Josef Stefan Institute/University of Ljubljana/University of Maribor
  • [国際共同研究] INFN, University of Padova/INFN, University of Torino(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      INFN, University of Padova/INFN, University of Torino
  • [国際共同研究] TRIUMF/University of British Columbia/University of Victoria(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      TRIUMF/University of British Columbia/University of Victoria
  • [国際共同研究] Budker Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Budker Institute for Nuclear Physics
  • [雑誌論文] A New Approach for Measuring the Muon Anomalous Magnetic Moment and Electric Dipole Moment2019

    • 著者名/発表者名
      M. Abe, ... K. Hayasaka, ..., T. Iijima ..., K. Inami, ..., T. Mibe, ... K. Suzuki et al.
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Exp. Phys.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] SuperKEKB/Belle II実験の物理2018

    • 著者名/発表者名
      飯嶋 徹
    • 雑誌名

      日本加速器学会誌

      巻: 15 ページ: 221-228

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improvement of the MCP-PMT Performance Under a High Count Rate2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Kodai、Hirose Shigeki、Iijima Toru、Inami Kenji、Kato Yuji、Kobayashi Kazuho、Maeda Yosuke、Muroyama Genta、Omori Raita、Suzuki Kazuhito
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics 2017

      巻: 1 ページ: 271~274

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1007/978-981-13-1316-5_51

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MCP-PMT production for Belle II TOP detector and further R&D2018

    • 著者名/発表者名
      Inami K.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.09.038

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Slow Control System for the Belle II ARICH Counter2018

    • 著者名/発表者名
      Yonenaga M.、Adachi I.、Dolenec R.、Hataya K.、Kakuno H.、Kawai H.、Kindo H.、Konno T.、Korpar S.、Krizan P.、Kumita T.、Machida M.、Mrvar M.、Nishida S.、Noguchi K.、Ogawa K.、Ogawa S.、Pestotnik R.、Santelj L.、Sumiyoshi T.、Tabata M.、Yoshizawa M.、Yusa Y.
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics 2017

      巻: 1 ページ: 46~49

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1007/978-981-13-1313-4_10

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Aerogel Ring Image Cherenkov Counter for Particle Identification in the Belle II Experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Konno Tomoyuki, Adachi Ichiro, Dolenec Rok, Kakuno Hidekazu et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics 2017

      巻: 1 ページ: 270~274

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1007/978-981-13-1313-4_51

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a microchannel plate based beam profile monitor for a re-accelerated muon beam2018

    • 著者名/発表者名
      Kim Bongho、Bae Sunghan、Choi Hyunsuk、Choi Seonho、Kawamura Naritoshi、Kitamura Ryo、Ko Ho San、Kondo Yasuhiro、Mibe Tsutomu、Otani Masashi、Razuvaev Georgiy P.、Won Eunil
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 899 ページ: 22~27

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.05.014

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Looking at Particle - AntiParticle asymmetry with Heavy Flavors2019

    • 著者名/発表者名
      飯嶋徹
    • 学会等名
      4th KMI International Symposium (KMI 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tau physics at Belle II2019

    • 著者名/発表者名
      早坂圭司
    • 学会等名
      4th KMI International Symposium (KMI 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Belle実験分散コンピューティングシステムの運用状況2019

    • 著者名/発表者名
      加藤悠司
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
  • [学会発表] Belle II2019

    • 著者名/発表者名
      加藤悠司
    • 学会等名
      2019 Joint HSF/OSG/WLCG Workshop HOW2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Muon g-2/EDM measurement at J-PARC2019

    • 著者名/発表者名
      三部勉
    • 学会等名
      International Workshop on e+e- collisions from Phi to Psi
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] R(D(*)): Status at Belle & Outlook for Belle II2018

    • 著者名/発表者名
      飯嶋徹
    • 学会等名
      SCGP Workshop on Exotic Hadrons and Flavor Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Belle II: interplay with LHC2018

    • 著者名/発表者名
      飯嶋徹
    • 学会等名
      XIII Meeting on B Physics: Synergy between LHC and SuperKEKB in the Quest for New Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Particle Physics at the SuperKEKB/Belle II Experiment2018

    • 著者名/発表者名
      飯嶋徹
    • 学会等名
      International Symposium in Honor of Professor Nambu for the 10th Anniversary of his Nobel Prize in Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] New results on R(D) and R(D*) from Belle2018

    • 著者名/発表者名
      松岡広大
    • 学会等名
      39th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Belle status and Belle II prospect for B->D(*) tau nu and related topics2018

    • 著者名/発表者名
      松岡広大
    • 学会等名
      2018 WPI-next mini-workshop "Hints for New Physics in Heavy Flavors"
    • 国際学会
  • [学会発表] Belle II実験におけるB→D(*)lνl崩壊のレプトン普遍性の検証2018

    • 著者名/発表者名
      松岡広大
    • 学会等名
      Flavor Physics Workshop 2018
  • [学会発表] Belle II実験に於けるe+e-→π+π-反応断面積精密測定手法の研究2018

    • 著者名/発表者名
      前田陽祐
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [学会発表] Measurement of cross section of light hadron production in e+e- collisions in the Belle II experiment2018

    • 著者名/発表者名
      前田陽祐
    • 学会等名
      2018 WPI-next mini-workshop "Hints for New Physics in Heavy Flavors"
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of the Lorentz structure of tau decays and the rare tau decays from Belle2018

    • 著者名/発表者名
      早坂圭司
    • 学会等名
      XXXIX International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MCP-PMT production for Belle II TOP detector and further R&D2018

    • 著者名/発表者名
      居波賢二
    • 学会等名
      PM2018 14th Pisa meeting on Advanced Detectors
    • 国際学会
  • [学会発表] Monitoring system for Belle II distributed computing2018

    • 著者名/発表者名
      加藤悠司
    • 学会等名
      23rd International Conference on Computing in High-Energy and Nuclear Physics (CHEP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of muon's g-2 and EDM with a reaccelerated thermal muon beam2018

    • 著者名/発表者名
      三部勉
    • 学会等名
      Workshop on muonium and related physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Muon g-2/EDM measurement at J-PARC2018

    • 著者名/発表者名
      三部勉
    • 学会等名
      SchwingerFest2018: g-2
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Muon g-2/EDM measurement at J-PARC2018

    • 著者名/発表者名
      三部勉
    • 学会等名
      The 15th International Workshop on Tau Lepton Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Muon (g-2)/EDM at J-PARC2018

    • 著者名/発表者名
      三部勉
    • 学会等名
      School on muon dipole moments and hadronic effects
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Muon g-2/EDM measurement at J-PARC2018

    • 著者名/発表者名
      三部勉
    • 学会等名
      g-2 theory initiative workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] J-PARCミューオンg-2/EDM実験のためのレーザー加工したシリカエアロゲル標的からのミューオニウム放出の研究2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木一仁
    • 学会等名
      日本物理学会秋季分科会
  • [学会発表] Development of the muonium production target for the J-PARC g-2/EDM experiment2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木一仁
    • 学会等名
      Workshop on muonium and related physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 名古屋大学 高エネルギー素粒子物理学研究室

    • URL

      http://www.hepl.phys.nagoya-u.ac.jp

  • [備考] 新潟大学 高エネルギー物理学研究室

    • URL

      http://www.hep.sc.niigata-u.ac.jp

  • [備考] Muon g-2/EDM experiment at J-PARC

    • URL

      http://g-2.kek.jp/portal/index.html

  • [備考] 重フレーバー素粒子物理学国際研究ユニット

    • URL

      http://wru.hepl.phys.nagoya-u.ac.jp

  • [備考] 首都大学東京 高エネルギー物理実験研究室

    • URL

      https://www-hep.phys.se.tmu.ac.jp

  • [学会・シンポジウム開催] 2018 WPI-next Mini-workshop "Hints for New Physics in Heavy Flavors"2018

  • [学会・シンポジウム開催] Physics of monism and related topics2018

  • [学会・シンポジウム開催] Muon g-2/EDM Software & Analysis Workshop2018

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公開日: 2019-12-27  

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