宇宙線起源背景事象の削減によるμ-e転換探索の感度向上

通过减少源自宇宙射线的背景事件来提高 μ-e 转换搜索的灵敏度

• 批准号: 21H01109
• 负责人: 青木 正治
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01109/
• 关键词: 荷電レプトンフレーバ非保存; ミュー粒子電子転換過程; チェレンコフ検出器; ミュー粒子電子転換

ミュー粒子・電子転換過程(μ- + N → e- + N)は素粒子の標準理論では強く抑制されているが、標準理論を超えた様々な新しい物理モデルではその存在が自然であると考えられている。この過程が発見されれば、宇宙・素粒子研究に大きなインパクトを与えることは必須である。 本研究の目的は、世界第一級の大強度陽子加速器 J-PARC の特長を活かした高品質パルス陽子ビームを用いたミュー粒子・電子転換過程の探索研究 (COMET Phase-I) において、宇宙線を起源とする背景事象をさらに徹底的に削減して3E-15の感度到達をより確かなものとすることにある 。これは、先行研究の感度を 100 倍も改善することに相当する。本研究によって、COMET Phase-I の背景事象に対する備えはより一層万全となるため、世界で最初に事象を観測した場合の確からしさが格段に向上する。本研究では、ミュー粒子・電子転換過程で発生した電子が石英ガラス薄板を通過する時に発生するチェレンコフ光を波長変換ファイバー(WLSF)で外部に取り出し、高い磁場や中性子フラックスが存在しない検出器ソレノイド外に設置する光検出器で検出する装置を新規開発することを目指した。装置開発のために必要なプラスチックシンチレータや光電子増倍管を調達した。また、飛跡検出器を巡行する電子と逆行する正電荷ミュー粒子のtime-of-flightの差分がおよそ10 nsあることに着目して、この時間差を検出できるトラッキングコードの開発を目指して宇宙線試験データ解析の精密化などに着手した。本研究事業は、研究代表者が5月18日に特別推進科学研究費補助金に内定したため、同日をもって廃止された。

μ子-电子转换过程（μ-+N→e-+N）在基本粒子的标准理论中被强烈抑制，但它的存在在各种超越标准模型的新物理模型中被认为是自然的。如果这个过程被发现，它必然会对空间和基本粒子研究产生重大影响。 本研究的目的是利用世界一流的高强度质子的特性，利用高质量脉冲质子束，对μ子-电子转换过程（COMET Phase-I）进行探索性研究，研究宇宙射线加速器 J-PARC 的目标是通过进一步减少源于 的背景现象来进一步确保 3E-15 达到灵敏度。这相当于比之前的研究灵敏度提高了 100 倍。通过这项研究，我们将为彗星一期的背景事件做好更充分的准备，这将大大提高全球首次观测该事件的可靠性。在这项研究中，μ子-电子转换过程中产生的电子穿过薄石英玻璃板时产生的切伦科夫光使用波长转换光纤（WLSF）提取到外部，并从检测器螺线管提取，其中存在没有高磁场或中子通量，目的是开发一种使用安装在探测器上的光电探测器的新探测装置。采购了设备开发所需的塑料闪烁体和光电倍增管。此外，考虑到通过轨道探测器的电子与反方向行进的带正电μ子之间的飞行时间差约为10 ns，我们进行了宇宙射线测试，目的是开发一种跟踪代码可以检测到这个时间差，提高数据分析精度的工作已经开始。该研究项目于 5 月 18 日终止，因为主要研究者被非正式选出以获得特别促进科学研究资助。