高分解能大型液体キセノン測定器によるレプトン普遍性の破れの精密検証

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00154
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 森 俊則 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 教授 (90220011)
• 研究分担者: 岩本 敏幸 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (20376700) ; 内山 雄祐 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 (90580241)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: レプトン普遍性 / 液体キセノン測定器 / パイ中間子崩壊 / PSI / MEG II 実験 / PIONEER実験

研究実績の概要

これまでの成果により新実験の概念設計が完成し、PSI研究所の国際研究委員会によってその実施が正式に承認されたため、本研究の目的は既に達成されている。2022年度からは研究をさらに進展させて、米国等の共同研究グループと協力して、次のステップである技術設計に向けて実験の詳細設計を行なった。
全読み出し電子回路が揃ったMEG II 実験の液体キセノン測定器を用いたビーム試験は、実施場所のPSI研究所の安全規則が予告なく変更されたことにより、実施を翌年度に繰越すことになった。そこで試験用のターゲットの修正を行なって翌年度ビーム試験を実施した。得られた結果を詳しく解析して、データとシミュレーションの比較を行なった。これにより、実験デザインの最適化を実施し、技術設計へとさらに一歩進めた。
半導体光センサーが低温かつビーム環境下において光検出効率が減少していく問題については、さらに実験室での測定を行なって研究を進めた。光検出効率をアニーリングによって効率よく回復させる手法についても検討を行なって改善した。
これらの研究によって当初の目的を超えて、実験の詳細技術設計をさらに進めることができ、その成果を学会などで発表を行なった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の目標であった新実験の概念設計は完成しており、既にPSI研究所での実施が承認されている。本年度は概念設計をさらに詳細設計へと進める研究を進めてきた。PSI研究所の安全規則の変更により一部の研究を翌年度に繰り越して実施することになったが、ビーム試験によりデータとシミュレーションの違いの理解がさらに進み、新実験の詳細設計がさらに大きく進展することになった。

今後の研究の推進方策

新実験はPSI研究所によって既に承認されており、実験の実現に向けて、実験全体の詳細設計のための開発研究と実験装置の建設準備を進めていく。そのために最終的なプロトタイプ試験に向けた準備とシミュレーションによる最適化を続けて行なっていく。

研究成果

• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute/ETH Zurich(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Paul Scherrer Institute/ETH Zurich
• [国際共同研究] University of Washington/University of California, Santa Cruz/University of Chicago(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Washington/University of California, Santa Cruz/University of Chicago
  • 他の機関数: 8
• [国際共同研究] University of British Columbia/TRIUMF(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of British Columbia/TRIUMF
• [雑誌論文] Novel X-ray scanning technique for in-situ alignment of photo-detectors in the MEGII calorimeter (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Libeiro, W. Kyle, S. Kobayashi, M. Francesconi, L. Galli, K. Ieki, T. Iwamoto, W. Molzon, T. Mori, M. Nakao, D. Nicolo, S. Ogawa, W. Ootani, D. Palo
  • 雑誌名: Nucl. Inst. and Meth. A 巻: 1048-167901 ページ: 1 14
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167901
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Commissioning of liquid xenon gamma-ray detector for MEG II experiment (2023)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Matsushita, Sei Ban, Hicham Benmansour, Giovanni Dal Maso, Marco Francesconi, Luca Galli, Fumihito Ikeda, Toshiyuki Iwamoto, Satoru Kobayashi, Toshinori Mori, Rina Onda, Wataru Ootani, Atsushi Oya, Shinji Ogawa, Yusuke Uchiyama, Kensuke Yamamoto, Taku Yonemoto, Keisuke Yoshida, et al.
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Meth. A 巻: 1047-167877 ページ: 1 2
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167877
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The liquid xenon detector for the MEG II experiment to detect 52.8 MeV gamma with large area VUV-sensitive MPPCs (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Iwamoto, S. Ban, H. Benmansour, G. dal Maso, M. Francesconi, L. Galli, F. Ikeda, S. Kobayashi, A. Matsushita, Toshinori Mori, D. Nicolo, S. Ogawa, R. Onda, W. Ootani, A. Oya, A. Papa, P. Schwendimann, Y. Uchiyama, B. Vitali, K. Yamamoto, T. Yonemoto, K. Yoshida
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Meth. A 巻: 1046-167720 ページ: 1 3
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167720
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Particle physics with muons (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The PIONEER experiment for precise measurements of lepton flavor universality (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Iwamoto
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会
• [学会発表] MEG II 実験 2023年物理ランにおける液体キセノンガンマ線検出器光センサー較正および時間分解能評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Matsushita
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] MEG II 実験・液体キセノン検出機の較正および 2023年ランにむけたアニーリングについて (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Ban
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] MEG II 実験 2021データを用いた μ → eγ 崩壊探索の状況 -ガンマ線再構成のまとめ- (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Kobayashi
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] MEG II 実験 2021データを用いた μ → eγ 崩壊探索の状況 -陽電子再構成のまとめ及び感度・系統誤差の評価- (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Oya
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] μ+ → e+γ 探索実験 MEG II Run 2022 のまとめと今後の展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] パイオンの稀崩壊から探るレプトン普遍性の破れとCKMユニタリティ (2023)
  • 著者名/発表者名: 森俊則、岩本敏幸、潘晟、松下彩華、三原智、大谷航、内山雄祐
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] レプトン普遍性の破れを精密検証するPIONEER実験のための測定器の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩本敏幸、潘晟、松下彩華、三原智、森俊則、大谷航、内山雄祐
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Charged Lepton Flavour Experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Mori
  • 学会等名: 41st International Conference on High Energy Physics (ICHEP) 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The liquid xenon detector for the MEG II experiment to detect 52.8MeV gamma with large area VUV-sensitive MPPCs (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Iwamoto
  • 学会等名: 9th Conference on New Developments in Photodetection
  • 国際学会
• [学会発表] Commissioning of Liquid Xenon Gamma-Ray Detector for MEG II Experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Matsushita
  • 学会等名: 15th Pisa Meeting on Advanced Detectors
  • 国際学会
• [学会発表] Calorimetry - Poster review (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Iwamoto
  • 学会等名: 15th Pisa Meeting on Advanced Detectors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MEG II experiment and liquid xenon detector (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Ban
  • 学会等名: XeSAT2022 - International Workshop on Applications of Noble Gas Xenon to Science and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 2021年物理ランにおける MEG II 実験液体キセノンガンマ線検出器の性能評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Kobayashi
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] MEG II 実験2021年物理データの解析 -陽電子測定の評価と物理解析の現状- (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Oya
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] MEG II 実験：2022年物理ランの現状 (2022)
  • 著者名/発表者名: B. Sei
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] MEG II 実験2022年物理ランにおける液体キセノンガンマ線検出器の較正 (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Matsushita
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [備考] MEG実験
  • URL: http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/research/meg.html
• [備考] PIONEER
  • URL: https://pioneer.triumf.ca
• [備考] PIONEER Experiment
  • URL: https://www.psi.ch/en/pioneer
• [備考] MEG Home Page
  • URL: https://meg.web.psi.ch