ソレノイド磁場で実現する新しい手法による中性子寿命問題の解明

使用螺线管磁场实现的新方法阐明中子寿命问题

• 批准号: 21H04475
• 负责人: 吉岡 瑞樹
• 金额: $ 26.71万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04475/
• 关键词: 素粒子実験; 中性子基礎物理; 超伝導磁石; 中性子; ガス検出器

中性子は最も単純な原子核の一つであり、およそ900秒で電子、陽子、反ニュートリノに崩壊する。その崩壊寿命は素粒子標準理論およびビッグバン元素合成理論の精密検証において不可欠なパラメータであるが、測定手法間に3.8標準偏差の有意な乖離が見られている。この乖離は「中性子寿命問題」と呼ばれており、未知の現象に起因する可能性が真剣に議論されている。この問題を解決すべく、申請者らは茨城県東海村の陽子加速器施設JPARCの大強度中性子ビームを用いて、既存の手法とは異なる測定方法により中性子寿命を高精度で決定する新しい実験を提案している。本実験では新型ガス検出器とソレノイド磁場を組み合わせ、従来最も支配的であった背景事象を大幅に低減できる。これまでの研究で新規検出器の基本開発が完了しているが、本年度は未対応項目への措置を行った。入射中性子がガス検出器中の動作ガスにより散乱され、検出器部材との吸収反応により発生するガンマ線背景事象を抑制する必要がある。そのため、ガンマ線発生確率が著しく低い6フッ化リチウムで検出器内部を覆うことを検討してきた。本年度は6フッ化リチウム壁の詳細設計および設置方法の検討を行ない、実際に検出器実機に組み込んだ。また、荷電粒子検出面に高電圧を印加する必要があるが、これまで放電現象が見られていた。放電箇所への対応を行い、本実験実施に十分な高電圧が印加できることを確認した。以上により、本実験実施可能な新規検出器の開発が完了した。次年度には、実験中に必須なエネルギー校正システムを検出器実機に組み込む。

中子是最简单的原子核之一，在大约 900 秒内衰变成电子、质子和反中微子。衰变寿命是精确验证标准粒子理论和大爆炸核合成理论的重要参数，但测量方法之间观察到3.8个标准差的显着差异。这种差异被称为“中子寿命问题”，并且它是由未知现象引起的可能性正在受到认真的争论。为了解决这个问题，申请人提出了一项新的实验，即在茨城县东海村的质子加速器设施JPARC中使用高强度中子束，通过与现有方法不同的测量方法来高精度地确定中子寿命。我正在做。在该实验中，新型气体探测器和螺线管磁场相结合，显着减少了以前最主要的背景现象。尽管迄今为止通过研究已经完成了新型探测器的基本开发，但今年采取了措施来解决未满足的要求。有必要抑制当入射中子被气体探测器中的工作气体散射并与探测器部件发生吸收反应时发生的伽马射线背景事件。因此，我们一直在考虑用六氟化锂覆盖探测器内部，六氟化锂产生伽马射线的概率明显较低。今年，我们研究了六氟化锂壁的详细设计和安装方法，并实际将其纳入到实际探测器中。另外，需要对带电粒子检测面施加高电压，但迄今为止已观察到放电现象。我们采取了解决放电点的措施，并确认我们可以施加足够高的电压来进行这个实验。通过以上步骤，完成了能够进行该实验的新型探测器的研制。明年，我们将在实际探测器中纳入实验过程中必不可少的能量校准系统。

项目成果

J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：検出器シミュレーションにおける実験結果再現性の向上と検出効率における系統誤差の再評価

J-PARC/BL05的中子寿命测量实验：改进探测器模拟中的实验结果再现性并重新评估探测效率的系统误差

• 发表时间: 2023
• 作者: 細川律也

磁場を用いた中性子寿命測定実験

利用磁场测量中子寿命的实验

• 发表时间: 2022
• 作者: 星野公邦

ソレノイド電磁石を用いた中性子寿命測定

使用螺线管电磁铁测量中子寿命

• 发表时间: 2021
• 作者: 谷田征輝

The LiNA experiment: Development of multi-layered time projection chamber

LiNA 实验：多层时间投影室的开发

• DOI: 10.1016/j.nima.2022.167586
• 发表时间: 2023
• 作者: N. Sumi; G. Ichikawa; K. Mishima; Y. Makida; M. Kitaguchi; S. Makise; S. Matsuzaki; T. Nagano; M. Tanida; H. Uehara; K. Yano; H. Ototno; T. Yoshioka
• 通讯作者: T. Yoshioka

ソレノイド磁場を用いた中性子寿命測定実験のための検出器開発の現状

使用螺线管磁场进行中子寿命测量实验的探测器开发现状

• 发表时间: 2023
• 作者: 谷田征輝