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本研究の目的はK中間子稀崩壊実験において、中性ビーム中に導入する検出器の性能を向上するための基礎開発を行なうことである。
中性K中間子が中性パイ中間子と二つのニュートリノに崩壊する過程の研究は素粒子標準模型の検証とそれを超える物理の探求にインパクトを持つ。稀現象なので大強度ビームが必要とされ、高計数率環境下でも検出器性能を保つことが実験感度向上の鍵となる。本計画ではエアロジェルのチェレンコフ発光を利用した光子検出器、低物質量の荷電粒子検出器に焦点を絞って基礎開発を行ない、将来の高感度化に向けた技術確立をめざす。特に同型の検出器について過去の試験で明らかになった改良のポイントを中心に増強を目指す。
平成22年度はシミュレーションを利用した光子検出器デザインの最適化、荷電粒子検出器プロトタイプ機の製作、および、中性ビーム下での動作試験を行なった。大強度陽子加速器施設J-PARCでの実験において、大量の中性粒子を含むビーム領域で安定かつ高性能で動作する検出器開発を手がけ、光子検出器については計数率を分散化できるデザインを考案して実際の中性ビームを使って性能を評価した。現段階では高計数率下においても性能劣化は見られず、また、将来のさらなる大強度化にも対応できる見込みを示すことができた。また、荷電粒子検出器では実証のためのプロトタイプ機を製作し、合わせて、読み出しに用いる高速アンプを開発し、基礎試験を行なった。デバイス単体では十分な性能を得られることが確認でき、また、荷電粒子ビームでの性能評価では非常に高い検出効率を示すことができた。これにより今後の中性ビーム下での動作に向けた最適化の材料とすることができている。
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