2013 Fiscal Year Annual Research Report
革新的な実験手法を用いたミューオン・電子転換過程の探索
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24224006
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
青木 正治 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80290849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金正 倫計 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (10354747)
牧村 俊助 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, その他 (10391715)
三宅 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (80209882)
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)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 素粒子実験 / 荷電レプトンフレーバ非保存 / ミューオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiC回転標的が陽子ビームライン下流部に与える影響を考慮して、まずはグラファイト回転標的で物理測定を開始する方針とした。この方針を受けて、J-PARCミュオンS型課題審査委員会からStage-2(ビームタイムを割り当てる)の承認を受けた。
スペクトロメータ開発では、高バースト耐性MWPCの技術を完成させた。本MWPCは、アノードワイヤーとポテンシャルワイヤーをワイヤー間隔0.7 mmで交互に配置する特殊な構造のMWPCである。ポテンシャルワイヤーにパルス高電圧を印加することにより、バースト粒子入射時だけ一時的にガスゲインを4桁低下させることに成功した。 さらに、パルス高電圧による大電流とイオン移動に伴う1/tテールに適応した特別なプリアンプや、コストパフォーマンスの高いFADCを開発製造した。これによって、大強度パルスビームを用いた実験に必須である高度な飛跡検出器の開発に成功した。本実験に必要な４台のうち、２台分を製造した。
スペクトロメータ電磁石として、TRIUMFが所有するPACMAN電磁石を無償で借受けることに成功した。当該電磁石をTRIUMFからJ-PARC MLF 実験ホールに輸送し、本邦の耐震基準に適合した架台へ設置した。また、J-PARC MLF 実験ホールでの使用環境に合わせるため、冷却水系統を改造し、専用の磁石電源を調達した。
J-PARC RCSからのパルス陽子ビームの品質に関して、パルス純度が悪化するメカニズムを理解するために、放射線検出器用の計算機ツールであるGeant4をベースにしたG4BeamlineでRCS加速器リング全周をモデル化した。これは、加速器シミュレーションにGeant4を使用する独創的な試みである。
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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
物理測定をグラファイト標的で開始するという方針を採用することによって、J-PARCミュオン課題審査委員会からStage-2（ビームタイムを割り当てる）承認を得られたことは大きな進展である。また、残念ながらビームラインはまだ完成していないが、Stage-2承認を受けた実験計画が存在することによってビームライン整備の着実な推進が図られると期待される点も、研究目的を達成するためには重要なことである。
スペクトロメータ用電磁石をTRIUMFから借用し、すでに実験ホールへの輸送を完了し、必要な改造作業も行った。
なによりも、スペクトロメータ用の高バースト耐性MWPCの開発に成功したことの意義は大きい。アノードワイヤーとポテンシャルワイヤーを狭間隔で交互に配置することによって、MWPCガスゲインをポテンシャルワイヤーへの高電圧でダイナミックにコントロールできることを実証したのである。このMWPC技術は極めて独創的である。さらに、バースト大電流でも安定に動作し、また大量に発生するイオンの移動に伴う1/tテール信号をキャンセルできる特別なプリアンプの開発にも成功した。コストパフォーマンスの高い100MHz FADCの開発にも成功し、MWPC読出し回路全チャンネル分の製造も完了している。
平成25年6月のJ-PARCハドロンホール事故に伴い、MWPC開発に必須であるビーム試験実施が困難となったが、積極的に代替施設を探した結果京都大学原子炉実験所の電子ライナックがむしろ本MWPC開発に最適であることを見出したのも大きな実績である。これによって、MWPC開発を強力に推し進めることが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
スペクトロメータに使用する高バースト耐性MWPC４台のうち、3-4台目の製造を行う。スペクトロメータ電磁石の通電、励磁試験、磁場測定を行う。MWPCを電磁石に取り付けて、スペクトロメータシステムとして完成させる。
データ収集システムを構築し、物理データ収集の条件で統合試験を行う。本データ収集システムは、J-PARC RCS 取り出し部に設置するパルス純度モニターからのデータも物理データと共に記録できるような、分散統合データ収集システムとする。
大立体角ビームラインの設計を推し進め、施設側によるタイムリーな建設に協力する。
ビームラインが稼働したらまず、ミッシェル崩壊やπ崩壊を用いてスペクトロメータシステムの運動量校正を行う。さらに、ミューオンが原子軌道上で崩壊することによって発生するバックグランドスペクトルの測定実験を行う。測定器システムに問題がないことを確認し次第、ミューオン電子転換過程を探索する条件で長期データ収集を行い、物理データ解析を行う。
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