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2023 年度 実施状況報告書

国際協力によるミューオン素粒子物理研究の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 22K21350
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 大谷 航  東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 准教授 (30311335)
北野 龍一郎  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 (50543451)
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, 教授 (80536938)
研究期間 (年度) 2022-12-20 – 2029-03-31
キーワード大強度ミューオンビーム / ミューオン冷却 / ミューオン加速 / ミューオン稀崩壊粒子測定技術 / ミューオンコライダー
研究実績の概要

2023年度には構築してきた国際協力体制によりミューオン素粒子物理研究を遂行した。本研究では3つの世界最高感度のミューオン素粒子実験で新物理発見を目指して、大強度・高輝度ミューオン源と測定技術の開発を行い理論グループと協力して新物理全容解明を可能にする次世代実験の実現を目指している。
2023年度は研究の2年目にあたり研究体制の強化を行い具体的な研究推進へと移行した。研究の4つ柱である大強度ミューオンビームに関連した技術開発、 ミューオン冷却・加速技術の開発、ミューオン崩壊粒子測定技術の開発、新物理理論と将来のミューオンコライダーの理論研究において、本研究の研究費により若手人材の雇用を開始し、大学院生も含めて本研究に参加する若手研究者が国内外で研究に集中できる環境の整備を進めた。
具体的な研究成果としては、大強度ミューオンビームに関連した技術開発においては2022年度にJ-PARCにて取得した8GeV陽子によるパイ中間子の後方生成データを若手が中心となって解析を行い、このような条件でのミューオン生成率を世界で初めて導出した。ミューオン冷却・加速技術の開発においては、ミューオン冷却を実施しミューオンの位相空間分布を測定した。ミューオン崩壊粒子測定技術の開発においては、μ→eγ崩壊によって生じるガンマ線を捉えるための液体キセノン検出器の安定運転を実現し大統計での物理データの取得を行なった。これらの研究においてはいずれも本研究資金により雇用された若手研究者、大学院生が中心となって実現したものである。また、2023年6月には本研究メンバーが中心となって準備してきたミューオン物理に関する国際会議(CLFV2023)を、10月にはPSI研究所との共同研究会(BRIDGE)を実施し、11月にはKEK-PH2023を、2024年3月には理論実験グループが合同で国際研究会を開催した。

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

昨年度に引き続き、海外研究機関への派遣行いつつ、海外協力研究者らの来日を促し国際共同研究を活発に推進している。2023年度にはのべ16名の若手研究者が短期海外渡航を行い、1か月を超える長期海外派遣については4名の若手研究者が行なった。また日本国外からは大学院生、ポスドク研究者を含めて30名を超える来日があった。 日本国内で若手研究者が研究を実施するために要となる環境の整備、PSI研究所における研究環境の整備はほぼ完備し、本研究の研究費による若手研究者の雇用は当初は遅れがあったが現在は予定通り行われている。

今後の研究の推進方策

2024年度には雇用した若手研究者と大学院生が主体となって、本格化してきた研究の4つの柱で研究を遂行する。2024年度には前年度に引き続き若手研究者らが海外の研究機関に長期滞在して研究を遂行するための派遣を実施し、海外協力研究者と協力して研究を遂行する。大強度ミューオンの生成技術の開発においてはビーム生成に必要となる遮蔽体の整備を継続し、ミューオン冷却・加速技術の開発においては前年度得られた超冷却ミューオン位相空間分布に基づくミューオン加速の実現、ミューオン崩壊粒子測定技術の開発では大統計でのμ→eγデータの取得と光センサーの高度化、新たなミューオン物理用検出器の開発を実施する。理論研究においてはミューオン物理を通してTeVスケール物理を探る手法に関して若手研究者・シニア研究者が一体となって研究を継続する。
2024年度には本研究の研究代表者と分担者が組織委員として準備してきたミューオン物理に関する国際研究会をPSI研究所で開催する。この研究会では若手研究者らにこれまでの研究成果について講演を行なうよう促すとともに、会議に参加して豊かな国際性を早い段階から身につけていくことを目指す。また2023年度から研究の活性化が起こったミューオンコライダー計画に関して、理論、実験の双方から本研究の研究成果を反映させるべく、米国で開催予定の国際ワークショップに若手を含めた本研究の研究グループメンバーが参加する。

次年度使用額が生じた理由

本研究では、採択後直ちに若手人材採用のための手続きを開始したが、予定していた数の若手研究者人材の公募をかけ選考を行うには半年以上の時間を要した。また、とりわけ優秀な研究者の採用にあたっては前職での引き継ぎ等を行う必要があったため採用決定後も着任までに時間を要した。このため予定していた人件費の支出が行えなかったり、採用人材が行う研究に必要な物品の購入を進めることができなかった。
このような状況ながら、研究支援員を複数人雇用することにより若手人材が着任後直ちに研究を開始できる環境を整えるとともに、研究機材の設計作業は先行して進めることにより予定していた研究に大きな遅れは生じていない。また、採用された研究者がいち早く本研究の研究内容に習熟し、最先端の研究現場で活躍できるように、本研究に参加している研究者が中心となって2024年3月にミューオン素粒子物理学に重点を置いた研究会を開催した。これにより、実験、理論の海外研究者らも含めた研究交流の場を提供することに成功している。2024年度もこのような取り組みを実践し、実験、理論の両面でミューオン素粒子物理の活性化、若手育成に繋げていくことを計画している。

  • 研究成果

    (54件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 3件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 13件、 招待講演 13件) 備考 (3件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] INFN/Pisa(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      INFN/Pisa
  • [国際共同研究] Seoul National University/Institute for Basic Science/University of British Columbia(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Seoul National University/Institute for Basic Science/University of British Columbia
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究] TRIUMF/University of Victoria(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      TRIUMF/University of Victoria
  • [国際共同研究] IHEP/Sun Yat-Sen University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      IHEP/Sun Yat-Sen University
  • [国際共同研究] PSI(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      PSI
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      10
  • [雑誌論文] Operation and performance of the MEG II detector2024

    • 著者名/発表者名
      MEG II Collaboration、Afanaciev K., Mihara. S, Ootani W. et al.
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 84 ページ: 1-44

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-024-12415-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic Field Measurement of Superconducting Transport Solenoid for COMET2024

    • 著者名/発表者名
      Arimoto Y.、Aoki K.、Ohuchi N.、Sumi N.、Yoshida M.、Sasaki K.、Iio M.、Makida Y.、Mihara S.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 34 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2023.3343683

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pulsed muon facility of J-PARC MUSE2024

    • 著者名/発表者名
      Shimomura Koichiro、Mibe Tsutomu、et al.
    • 雑誌名

      Interactions

      巻: 245 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1007/s10751-024-01863-8

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Precise control of a strong X-Y coupling beam transportation for J-PARC muon g-2/EDM experiment2024

    • 著者名/発表者名
      Iinuma Hiromi、Abe Mitsushi、Sasaki Ken’ichi、Nakayama Hisayoshi、Mibe Tsutomu、Ogawa Shinji、Yamanaka Takashi、Sato Yutaro
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2687 ページ: 022034~022034

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2687/2/022034

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prototype study of and MHz/cm2 tolerant Resistive Plate Chamber with Diamond-Like Carbon electrodes2024

    • 著者名/発表者名
      Ieki Kei、Li Weiyuan、Ochi Atsuhiko、Onda Rina、Ootani Wataru、Oya Atsushi、Takahashi Masato、Yamamoto Kensuke
    • 雑誌名

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

      巻: 1064 ページ: 169375~169375

    • DOI

      10.1016/j.nima.2024.169375

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A search for μ+ → e+ + γ with the first dataset of the MEG II experiment2024

    • 著者名/発表者名
      Afanaciev K.、Mihara S.、Ootani W.、et al..、MEG II Collaboration
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 84 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-024-12416-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of the Superconducting Magnet System for the New g-2/EDM Experiment in the J-PARC2023

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Ken-ichi、Abe Mitsushi、Iinuma Hiromi、Mibe Tsutomu、Oyama Shun、Saito Naohito、Ando Ryuya、Chiba Tomoo、Koga Tomoyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 33 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2023.3251283

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of the Magnetic Field Error Due to Manufacturing Tolerance of Superconducting Magnet for the J-PARC Muon g-2/EDM Experiment2023

    • 著者名/発表者名
      Oyama S.、Abe M.、Iinuma H.、Mibe T.、Sasaki K.、Saito N.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 33 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2023.3241828

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of Vibration Effect on Magnetic Field Homogeneity in the Magnet System for the g-2/EDM Experiment at the J-PARC2023

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Ken-ichi、Abe Mitsushi、Mibe Tsutomu、Saito Naohito、Ando Ryuya、Chiba Tomoo、Koga Tomoyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 33 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2023.3251290

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interdigital H-Mode Drift Tube Linear Accelerator for a Muon Linear Accelerator2023

    • 著者名/発表者名
      Nakazawa Yuga、Mibe Tsutomu、et al.
    • 雑誌名

      Physical Science Forum

      巻: 20 ページ: 1-6

    • DOI

      10.3390/psf2023008020

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] New beamlines and future prospects of the J-PARC muon facility2023

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Takayuki、Mibe Tsutomu、et al.
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 282 ページ: 01016~01016

    • DOI

      10.1051/epjconf/202328201016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lepton flavor physics at μ+μ+ colliders2023

    • 著者名/発表者名
      Fridell Kare、Kitano Ryuichiro、Takai Ryoto
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2023 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1007/JHEP06(2023)086

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum electrodynamics on the lattice and numerical perturbative computation of g-22023

    • 著者名/発表者名
      Kitano Ryuichiro、Takaura Hiromasa
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 ページ: 1-24

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad125

  • [学会発表] MEG II実験でのμ→ eγ探索解析の現状 -2021年解析の結果と2022年陽電子データの状況-2024

    • 著者名/発表者名
      大矢 淳史
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] MEG II実験でのμ→ eγ探索解析の現状-ガンマ線再構成の改良と2022年データ解析の見通し-2024

    • 著者名/発表者名
      山本 健介
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] MEG II実験:2023年ランにおける液体キセノン検出器安定性およびアニーリングによる検出効率回復2024

    • 著者名/発表者名
      潘 晟
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] MEG II 実験液体キセノン検出器用 VUV-MPPC の放射線耐性に関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      馬越隆成
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] MEG II実験陽電子タイミングカウンターの改修と性能見積もり2024

    • 著者名/発表者名
      米本拓
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] COMET実験のためのタングステンビームブロッカーに関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      岡部 剣也
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] COMET実験のためのストロー飛跡検出器実機の建設状況と基礎性能評価2024

    • 著者名/発表者名
      東出 公晃
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験のためのミューオニウムイオン化用244nm光源開発2024

    • 著者名/発表者名
      上岡 修星
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Higgs Production at mu^+ mu^+ Colliders2024

    • 著者名/発表者名
      Lukas Treuer
    • 学会等名
      Hokkaido Workshop on Particle Physics at Crossroads
    • 国際学会
  • [学会発表] Design study of muTRISTAN2024

    • 著者名/発表者名
      吉田光宏
    • 学会等名
      Hokkaido Workshop on Particle Physics at Crossroads
    • 国際学会
  • [学会発表] μTRISTAN2024

    • 著者名/発表者名
      松戸竜太郎
    • 学会等名
      Hokkaido Workshop on Particle Physics at Crossroads
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MEG II実験・液体キセノン検出器の2023年ランの運転状況2023

    • 著者名/発表者名
      潘晟
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] MEG II実験液体キセノン検出器2022年データの解析状況2023

    • 著者名/発表者名
      松下彩華
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] レプトンフレーバーを破るミュー粒子稀崩壊探索実験MEG II最初の結果2023

    • 著者名/発表者名
      岩本敏幸
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] MEG II実験2021年データを用いた液体キセノンガンマ線検出器の性能および測定量の系統誤差の評価2023

    • 著者名/発表者名
      山本健介
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] MEG II実験2021データを用いたμ→ eγ探索結果2023

    • 著者名/発表者名
      大矢淳史
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] MEG II実験液体キセノン検出器用VUV-MPPCの放射線損傷に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      馬越隆成
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] MEG II実験陽電子タイミングカウンターの放射線損傷状況の定量的評価と改修計画2023

    • 著者名/発表者名
      米本拓
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] COMET実験のためのストロー飛跡検出器実機の建設とビーム照射試験2023

    • 著者名/発表者名
      東出公晃
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] Detector technologies in searches for charged lepton flavour violation at PSI2023

    • 著者名/発表者名
      Lukas Gerritzen
    • 学会等名
      BRIDGE2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The First Result of MEG II on Search for mu -> e + gamma2023

    • 著者名/発表者名
      森俊則
    • 学会等名
      BRIDGE2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Struggle to Produce Muons with Teachers and Friends2023

    • 著者名/発表者名
      牧村俊助
    • 学会等名
      BRIDGE2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] μTRISTAN2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      Muons in Minneapolis Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] μTRISTAN2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      Muon Collider Physics Benchmark Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Physics at μTRISTAN2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      IPNS Workshop on Muon acceleration and future colliders with muon
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] μTRISTAN2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      International Workshop on particles, cosmology and strings (PASCOS2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] μTRISTAN2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      International Workshop on Higgs as a Probe of New Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] μTRISTAN2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      Muon4Future workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel μ+e- collider for precision Higgs measurement2023

    • 著者名/発表者名
      北野龍一郎
    • 学会等名
      IDT-WG3-Phys Open Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] μ+e-, μ+μ+コライダーで探るレプトンフレーバーの物理2023

    • 著者名/発表者名
      高井崚聖
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [学会発表] μ+e-コライダー,μ+μ+コライダー (μ TRISTAN) での物理2023

    • 著者名/発表者名
      高浦大雅
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 招待講演
  • [備考] J-PARC muon g-2/EDM experiment

    • URL

      https://g-2.kek.jp

  • [備考] mu-e conversion search at J-PARC COMET experiment

    • URL

      https://comet.kek.jp

  • [備考] MEG II 実験

    • URL

      http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/meg/index.html

  • [学会・シンポジウム開催] Hokkaido Workshop on Particle Physics at Crossroads2024

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公開日: 2024-12-25  

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