Advance on the Research of Charged Lepton Flavor by using a High-Intensity Muon Source

高强度μ子源带电轻子风味研究进展

基本信息

批准号：
21H04971
负责人：
青木正治
金额：
$ 406.27万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-05-18 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究計画では、ミュー粒子・電子転換過程を従来よりもはるかに高い感度で探索することを目指している。そのために、先進ミュー粒子ビームラインから飛来する大強度負電荷ミュー粒子を超伝導検出器ソレノイド(DS)の中央に設置したミュー粒子標的に静止させ、ミュー粒子の反応によって発生する電子の運動量を正確に測定する。実験に使用する超伝導電磁石などは大型でありその製造には時間がかかる。最初の3年間(2021-2023年度)は、超伝導ブリッジソレノイド(BS)や超伝導検出器ソレノイド(DS)の製造、ならびに電子検出器の開発に集中する計画である。2021年度にはまず、BSの製作を行なった。さらに、2023年度にDSを組み立てるために、DSの熱シールドおよび取り付け品一式の製造調達を2021年度繰越事業として実施した。2021年度6月には、J-PARC 主加速器からのパルス陽子ビームを測定する実験を実施し、物理測定を実施するために充分な品質であることを確認した。電子検出器は円筒形状をしたドリフトチェンバー(CDC)とトリガーカウンター(CTH)から構成される。オーストラリア・モナシュ大学と共同で、機械学習の技術を用いて高いバックグランドヒットの中から目的とする信号を抽出するCDCトリガー回路の開発や、-40°Cに冷却することによって高い放射線環境下においてもノイズを抑えて半導体光検出器(SiPM)を動作させるためのCTH-SiPM冷却読み出し装置の開発を行った。2022年度に予定している先進ミュー粒子ビームラインの試験に備えて、ミュー粒子ビームの運動量分布を測定する為の装置、レンジカウンターシステム、の開発を行なった。特に、低運動量負電荷ミュー粒子も測定できるように、厚さ0.5 mmのプラスチックシンチレーターを用いたレンジカウンターの基本性能評価を行い、良好な結果を得ることができた。

该研究项目旨在以比以前更高的灵敏度探索μ子电子转换过程。为了实现这一目标，我们将来自先进 μ 子束线的高强度、带负电的 μ 子固定在安装于超导探测器螺线管 (DS) 中心的 μ 子目标上，并精确测量 μ 子反应产生的电子动量。。实验中使用的超导电磁体体积庞大，制造耗时。前三年（2021-2023）计划重点制造超导桥螺线管（BS）和超导探测器螺线管（DS），以及开发电子探测器。 2021年，我们首先制作了BS。此外，为了在2023财年组装DS，整套DS隔热罩和附件的制造和采购作为从2021财年结转的项目进行。 2021年6月，我们进行了测量来自J-PARC主加速器的脉冲质子束的实验，并确认其质量足以进行物理测量。电子探测器由圆柱形漂移室（CDC）和触发计数器（CTH）组成。我们与澳大利亚莫纳什大学合作，开发了利用机器学习技术从高背景命中中提取目标信号的CDC触发电路，并通过冷却至-40°C开发了可用于高辐射环境的CDC触发电路。我们还开发了一种 CTH-SiPM 冷却读出设备，用于运行噪声抑制的半导体光电探测器 (SiPM)。为了准备 2022 年进行的先进 μ 子束线测试，我们开发了测距计数器系统，这是一种测量 μ 子束动量分布的装置。特别是，我们对使用0.5毫米厚的塑料闪烁体测量低动量负电荷μ子的距离计数器进行了基本性能评估，并获得了良好的结果。