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2021 年度 実績報告書

大強度ミューオン源で解き明かす荷電レプトンのフレーバー転換探索の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 18H05231
研究機関大阪大学

研究代表者

久野 良孝  大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (30170020)

研究分担者 佐藤 朗  大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (40362610)
東城 順治  九州大学, 理学研究院, 教授 (70360592)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワードミューオン / 稀崩壊 / 荷電レプトン / フレーバー / COMET実験
研究実績の概要

荷電レプトンのフレーパ一転換現象は素粒子物理学の標準理論枠内では起きないとされるが、標準理論を超える多くの新物理モデルの理論では、将来観測可能なレベルで発生すると予言している。したがって、新しい物理を発見する最善の物理過程のひとつと考えられている。荷電レプトンのフレーパ一転換で最も重要な過程の一つは、ミューオン電子転換過程である。我々は、東海村のJ-PARC陽子施設において世界最高強度パルスミューオンピームラインを建設し、このミューオン電子転換過程を現在の上限値を100倍上回る実験精度で探索するCOMET Phase-I実験(J-PARC E21実験)を推進し準備している。この実験は2024年以降に開始することになっている。本研究の目的は、この実験精度を当初の値をさらに数倍向上し測定を確実なものにすることである。COMET Phase-I実験では、ミューオン電子転換過程からの電子の運動量を正確に測定する主要な検出器として円筒型ガスドリフトチェンバー(CDC)が使用される。CDCは1Tの磁場中に配置される。2021年(R3)度の実績は、次のようにまとめられる。CDCは磁石の内部の密封した空間に配置されるため、CDCの読み出し電子回路の発熱が問題となる。積極的にこの熱を取り除く設計が必要である。そうでないとFPGAが誤動作する可能性がある。そこで、読み出し回路の、特に最も熱くなるFPGA素子の部分に冷却ヘッドを接触させ水冷で冷却する設計が検討された。2021年度には、この読み出し電子回路の冷却システム試作器が製作された。実際の冷却温度などを調べながら設計に改良を重ね、最終的に要求を満足する性能を出す事ができた。したがって、水冷パイプを外部からCDCの端面に持っていき、100台余りのFPGAを冷却するシステムを完成する事ができた。

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

2021年度には、COMET実験の主たる検出器である円筒型ガスドリフトチェンバー(CDC)は磁石の内部に配置されるため、読み出し電子回路の発熱が問題となる。積極的にこの熱を取り除く設計が必要である。読み出し回路の特に最も熱くなるFPGAの部分に冷却ヘッドを接触させ水冷で冷却するシステムを完成する事ができたから。

今後の研究の推進方策

新新型コロナウイルスの影響の後も地政学的な問題があり不透明感が拭えないが、引き続き、CDCの開発を進める。電子回路の冷却システムが完成した後は、J-PARCでの受け入れ準備ができた段階で、つくばから東海村のJ-PARCにCDCを移設することを検討する。2024年度以降でのCOMET Phase-I実験の開始に向けて準備をする。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (3件)

  • [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] University of Clermont-Ferrany/LPC CARN/Sorbonne University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      University of Clermont-Ferrany/LPC CARN/Sorbonne University
  • [国際共同研究] Technical University of Dresden(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Technical University of Dresden
  • [国際共同研究] Institute of High Energy Physics/Sun Yat-Sen University/Nanjing University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Institute of High Energy Physics/Sun Yat-Sen University/Nanjing University
  • [国際共同研究] Sungkyunkwan University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Sungkyunkwan University
  • [雑誌論文] GPU-accelerated event reconstruction for the COMET Phase-I experiment2021

    • 著者名/発表者名
      Yeo Beomki、Lee MyeongJae、Kuno Yoshitaka
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 258 ページ: 107606~107606

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2020.107606

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Properties of straw tubes for the tracking detector of the COMET experiment2021

    • 著者名/発表者名
      Volkov A.、Evtoukhovich P.、Kravchenko M.、Kuno Y.、Mihara S.、Nishiguchi H.、Pavlov A.、Tsamalaidze Z.
    • 雑誌名

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

      巻: 1004 ページ: 165242~165242

    • DOI

      10.1016/j.nima.2021.165242

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An FPGA-Based Trigger System With Online Track Recognition in COMET Phase-I2021

    • 著者名/発表者名
      Nakazawa Yu、Fujii Yuki、Ikeno Masahiro、Kuno Yoshitaka、Lee MyeongJae、Mihara Satoshi、Shoji Masayoshi、Uchida Tomohisa、Ueno Kazuki、Yoshida Hisataka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Nuclear Science

      巻: 68 ページ: 2028~2034

    • DOI

      10.1109/TNS.2021.3084624

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Test of a small prototype of the COMET cylindrical drift chamber2021

    • 著者名/発表者名
      Wu C.、Wong T.S.、Kuno Y.、Moritsu M.、Nakazawa Y.、Sato A.、Sakamoto H.、Tran N.H.、Wong M.L.、Yoshida H.、Yamane T.、Zhang J.
    • 雑誌名

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

      巻: 1015 ページ: 165756~165756

    • DOI

      10.1016/j.nima.2021.165756

    • 査読あり / 国際共著
  • [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, 藤井祐樹, 深尾祥紀, 橋本義徳, 樋口雄也, 本田良太郎, 五十嵐洋一, 池田史, 三原智, 武藤亮太郎, 中沢遊, 西口 創, 大石航, 庄子正剛, 田村文彦, 東城順治, 冨澤正人, 上野一樹, 吉田学立,
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季 大会
  • [学会発表] Study of Gas Gain Saturation in COMET-CDC Cosmic Ray Test2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Siyuan, Masaharu Aoki, Yuya Higuchi, Yoshitaka Kuno, Manabu Moritsu, Yohei Nakatsugawa, Yu Nakazawa, Akira Sato, Wu Chen, Hisataka Yoshida
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] COMET実験におけるCDCの飛跡再構成手法の研究2021

    • 著者名/発表者名
      森津学, Hai-Bo Li, Tianyu Xing, Ye Yuan, Yao Zhang
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会

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公開日: 2023-12-25  

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