パルス中性子ビームとガス検出器を用いた中性子ベータ崩壊の精密測定

使用脉冲中子束和气体探测器精确测量中子 β 衰变

• 批准号: 16J01507
• 负责人: 長倉 直樹
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01507/
• 关键词: 中性子; ベータ崩壊; Time Projection Chamber; 中性子寿命; J-PARC; 空間電荷効果; タンデム加速器; 筑波大学タンデトロン加速器

本研究では弱い相互作用の基本過程である中性子のベータ崩壊事象を精密に測定することを目的としている。宇宙初期の元素合成予言モデルのインプットとなる崩壊寿命を測定するために、J-PARCのパルス中性子ビームラインを用いる。中性子をバンチ化するSpin Flip Chopperというデバイスおよびベータ崩壊の検出器としてTime Projection Chamberを開発し、2014年からデータ取得を開始した。2017年度に加速器の運転強度および検出器の安定性が向上し本格的な物理データとしてデータ統計量が2016年までの約4倍に増加した。2018年度はデータ取得を続ける一方で、並行して取得済みのデータのクオリティ評価、検出器のキャリブレーション、モンテカルロシミュレーションの構築を行った。データのクオリティ評価に関しては、Time Projection Chamberのカソードワイヤー信号のペデスタル不安定性、トリガー条件生成ロジックの不調、ノイズレベルの上昇といった問題を発見し、それらの排除あるいは補正を行なった。これらの結果をまとめて、中性子崩壊寿命の値を898.8±4.7(stat.)+7.7-8.9(syst.) 秒と導出した。本結果は、先行実験の測定精度には及ばないものの、パルス中性子を用いた新しい手法で初めて10秒程度の測定を行ったという点で一つのマイルストーンとなった。我々の最終的な目標精度（1秒）の実現に向けて、統計誤差・系統誤差の両面を低減していく必要がある。現段階で主要な系統誤差を低減するための具体的な改善案を提案した。また、統計量に関しても、現状のセットアップでは300日、ビーム輸送系を大型化することで60日程度のビームタイムで1秒の統計誤差を実現することを試算し、目標精度が現実的なスケジュールで実現可能なことを示した。

在这项研究中，目的是精确衡量中子的β崩溃，这是相互作用弱的基本过程。使用J-PARC脉冲中子束线来测量塌陷寿命，这是早期宇宙元素合成预言模型的输入。将时间投影室开发为一种称为Spin Flip Chopper的设备，该设备堆入中子和β循环检测器，并于2014年开始数据采集。在2017财年，加速器的驱动强度和检测器的稳定性得到了改善，并且数据统计数据作为完整的物理数据增加了大约四倍，直到2016年。在2018财年，我们继续获取数据，但还评估了获得的数据，探测器的校准和蒙特 - 卡尔俄罗斯男性的质量评估。关于数据的质量评估，我们发现了诸如时间投影室阴极线信号的基座不稳定，触发条件产生逻辑的不适以及噪声水平的上升以及排除或纠正它们的问题。总结了这些结果，以得出中子的值崩溃至898.8±4.7（stat。）+7.7-8.9（Syst。）秒。尽管该结果小于预示前的测量准确性，但它成为一个里程碑，因为它使用新方法使用新方法使用脉冲中子进行了大约10秒。为了实现我们的最终目标准确性（1秒），有必要减少统计和系统错误的两侧。在此阶段，我们提出了特定的改进建议，以减少主要系统错误。关于统计量，当前的设置估计通过增加光束传输系统300天，在大约60天的光束时间内达到了1秒的统计误差，目标准确性是现实的。

项目成果

陽子ビーム空間電荷が引き起こすワイヤーチェンバーのゲイン低下測定

质子束空间电荷引起的线室增益降低的测量

• 发表时间: 2017
• 作者: 長倉直樹

Precise neutron lifetime experiment using pulsed neutron beams at J-PARC

J-PARC 使用脉冲中子束进行精确中子寿命实验

• 发表时间: 2017
• 期刊: e-print arXiv.org
• 作者: N. Nagakura;M. Kitaguchi;S. Yamashita;et al.
• 通讯作者: et al.

Accurate Determination of the Absolute 3He/4He Ratio of a Synthesized Helium Standard Gas (Helium Standard of Japan, HESJ): Toward Revision of the Atmospheric 3He/4He Ratio

• DOI: 10.1029/2018gc007554
• 发表时间: 2018-10-01
• 期刊: GEOCHEMISTRY GEOPHYSICS GEOSYSTEMS
• 影响因子: 3.5
• 作者: Mishima, Kenji;Sumino, Hirochika;Oide, Hideyuki
• 通讯作者: Oide, Hideyuki

Precise neutron lifetime experiment using pulsed neutron beam at J-PARC

J-PARC 使用脉冲中子束进行精确中子寿命实验

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of "International Nuclear Physics Conference"
• 作者: Kenji Mishima;Hirochika Sumino;Takahito Yamada;Sei Ieki;Naoki Nagakura;Hidetoshi Otono;Hideyuki Oide;梶ヶ谷徹;R. L. Dewar and N. Sato;Naoki Nagakura Kazuki Fujii Isao Harayama Yu Kato Daiichiro Sekiba Yumi Watahiki Satoru Yamashita;國川 慶太;N. Sato and Z. Yoshida;國川 慶太;Naoki Nagakura
• 通讯作者: Naoki Nagakura

J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：実験の現状と最新結果

J-PARC/BL05 的中子寿命测量实验：实验现状和最新结果

• 发表时间: 2017
• 作者: 小杉卓裕;三島賢二
• 通讯作者: 三島賢二