2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of a high position and high time resolution detector for study of nucleon structure
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21K13939
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
冨田 夏希 京都大学, 理学研究科, 特定助教 (80894592)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | RPC検出器 / 飛跡検出器 / タイミング検出器 / 粒子識別 / ミューオン検出器 / 核子構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核子、すなわち陽子と中性子は原子を構成するハドロンであり、我々にとって大変身近な粒子であるにも関わらず、その内部の構造はまだ十分解明されていない。核子の質量やスピンがクォークやグルーオンからどのように構成されているかを解明するためには、陽子内のクォーク・グルーオン、合わせてパートンの３次元分布を記述する一般化パートン分布関数の測定が必要不可欠である。
本研究では、世界で初めて排他的ドレルヤン反応(π-p→γ*n→μ+μ-n)の反応断面積を測定し、一般化パートン分布関数を評価するための、高位置・高時間分解能ミューオン検出器の開発を行うことを目的とする。
これまで時間測定用検出器として用いられてきたMulti-gap Resisitive Plate Chamber(MRPC)検出器に位置測定の機能を持たせることで、１台で位置と時間を同時に高分解能で測定できる画期的な大面積の検出器の開発を行う。
本研究ではサイズ50 cm × 100 cmで、読み出しストリップの間隔が5 mmの検出器を製作した。宇宙線を用いて様々なストリップ幅とグランド形状の読み出しストリップを試験し、最適な形状を決定した。
最適な形状の読み出しストリップについてビーム試験を行い、位置分解能・時間分解能の評価を行った。最も良い条件の下では、位置分解能0.75 mm、時間分解能65 psと、目標性能の位置分解能1 mm、時間分解能100 psを大きく上回る結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
位置と時間を同時に高分解能で測定できる画期的な大面積の検出器の開発に成功した。
本研究で製作した50 cm × 100 cmの大型MRPC検出器は、ビーム試験により最も良い条件の下では、位置分解能0.75 mm、時間分解能65 psと、目標性能の位置分解能1 mm、時間分解能100 psを大きく上回る性能を持つことを示した。
一方で高圧電極に用いたカーボンテープが生産停止になったため、代替品の試験が必要となった。今後代替品を用いての性能評価試験が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で高い位置分解能・時間分解能を持つ大面積MRPC検出器の開発に成功したことで、本研究の目的の核子構造研究以外の原子核実験や、火山等のミューオン透視用の実験での本検出器の利用の希望が高まっている。
今後は代替品の高圧電極を用いた検出器を製作し、再度性能評価試験を行う。新電極で充分な性能がでることを確認できれば、実機の製作を行い幅広い実験での利用を行う。
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| Causes of Carryover |
高圧電極の代替品の試験を行うため。銅電極を用いたタイプは今年度試験を行った。基本動作は問題がなかったが、目標の時間分解能を達成しなかった。別の塗料を使った検出器を数種類製作し、ビーム試験を行う。
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[Journal Article] Development of an 1-m long prototype TOF-RPC for the J-PARC π20 beam line2023
Author(s)
Tomida Natsuki、Hayashi Futaba、Chang Wen-Chen、Chu Ming-Lee、Friend Megan、Hsieh Chia-Yu、Noumi Hiroyuki、Sakaguchi Atsushi、Sako Hiroyuki、Shirotori Kotaro、Toda Taiga、Tokuda Megumu、Wendell Roger
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
Volume: 1056
Pages: 168581～168581
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] J-PARC π20 ビームラインで用いる新電極構造のMulti-gap Resistive Plate Chamber の開発2024
Author(s)
小池諒太郎, 冨田夏希, Wen-Chen Chang, Ming-Lee Chu, Chia-Yu Hsieh, 白鳥昴太郎, 鈴木謙, 宇田隆介, 林双葉, 岡崎凛大朗, 他 J-PARC E50 コラボレーション
Organizer
日本物理学会 2024年春季大会
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[Presentation] J-PARCにおけるチャームバリオン分光実験で用いる飛行時間測定用大型Resistive Plate Chamberの性能評価2024
Author(s)
林双葉, 宇田隆佑, 冨田夏希, 阪口篤志, 野海博之, 白鳥昂太郎, 鈴木謙, 大田晋輔, 岡崎凛大郎, 小池諒太郎, Wen-Chen Chang, Ming-Lee Chu, Chia-Yu Hsieh, 他J-PARC E50コラボレーション
Organizer
日本物理学会 2024年春季大会
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[Presentation] J-PARC π20ビームラインで用いるミューオン飛行時間・飛跡同時測定用Multi-gap Resistive Plate Chamberの開発2024
Author(s)
宇田隆佑, 林双葉, 冨田夏希, 阪口篤志, 野海博之, 白鳥昴太郎, 鈴木謙, 岡﨑凛大郎, 小池諒太郎, Wen-Chen Chang, Ming-Lee Chu, Chia-Yu Hsieh, 他E50コラボレーション
Organizer
日本物理学会 2024年春季大会
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