2022 年度実施状況報告書

ミューオンニュートリノ質量測定に向けた低速ミューオニックヘリウムビーム開発

研究課題

研究課題/領域番号	20K12495
研究機関	大阪大学
研究代表者	友野大大阪大学, 核物理研究センター, 特任助教(常勤) (40415245)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	ミューオンビーム開発 / ミューオン原子ビーム
研究実績の概要	ミューオンニュートリノ質量の直接測定では入射粒子と崩壊生成物の運動量を精密測定することによって、運動学的に計算することで質量が求められる。高精度での測定するためには、二体崩壊など運動学的に簡単なプロセスでであること、崩壊前後の粒子の運動量が決定できること、粒子の質量が精度よく決まっていることがポイントとなる。ミューオンニュートリノの直接測定に関しては、90年代にパイ粒子を用いたπ^+→μ^++ν_μの崩壊プロセスを用いた測定が最も高精度で測定されている。われわれはパイ粒子崩壊とは全く独立した原子核標的へのミューオン捕獲反応を用いた測定手法を開発を最終目標として、その元となるミューオニックヘリウムビーム開発として運動量可変な3Heμ+ビームを生成ことを目的とする。ところでビーム自体は様々な応用が考えられるが、特にこの原子からヘリウムイオンを解離することで低速のミューオンを生成することが可能であり、この点も考慮して開発を行う。当初考えていたビーム生成方法には問題点が数多くあり、申請中とはことなる方法での生成を目指して計画を変更している。手法は必ずしも自明でないので、最適化や実際のビームの強度、分布、効率など検討を阪大核物理研究センターのミューオンビームを用いて系統的に研究を進める予定である。合わせて、核物理研究センターのミューオンビーム自体の改良もすすめており、本研究ではミューオンビームの最適化も測った上で4Heを用いてビームとして取り出すことを最初の目標としている。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 4: 遅れている理由昨年度は実験計画の練り直しと実験のためのビームライン整備を中心に行った。実験計画については当初計画していた実験から変更が必要になったため、装置のシミュレーションを中心に装置設計を行っている。並行して整備を行っているミューオンビームライン整備においても装置トラブルが発生したため、改良に時間を要している。また、体調不良のため研究を中断せざるを得ない期間が長期にわたったため、今年度に引き続いて研究を行うこととした
今後の研究の推進方策	2023年度は前年度の改善をもとに引き続き装置の設計と製作を行う。ミューオンビームの再会も予定されており、一昨年度導入予定だったデータ収集系と検出器の一部に関してテストを行い、ビームの調整、装置全体の製作を行う予定である。ただし予定されているミューオンビームの整備が遅れた場合には、ビームのない状態でのテストないし他施設でのミューオンビーム照射も含めて、検討を行う。
次年度使用額が生じた理由	実験手法を改善するため装置の検討を行なっているが、課題が多く検討を繰り返している。並行してミューオンビームの供給の再開作業も行っており、そちらも遅れているが実機でのテストを含めて実施できるよう準備を進めている。検出器やデータ収集用のモジュールなどのテスト、装置自体の製作は来年度に行う予定である。また昨年度は個人の健康上の理由により長期にわたって研究を実施できない期間があったため、今年度に繰り越して実施する予定である。