Ｊ－ＰＡＲＣでのバンチ化中性子と大口径ＴＰＣを用いた世界最高精度の中性子寿命測定

J-PARC 使用束中子和大直径 TPC 进行世界上最准确的中子寿命测量

• 批准号: 15J04202
• 负责人: 富田 龍彦
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04202/
• 关键词: 中性子; 基礎物理; 中性子の物理; 寿命測定

本研究は、加速器で生成された中性子を用いての寿命測定実験であり、これは世界で初めての試みである。既存の中性子寿命を決定している他実験と独立な手法を用いることにより、これまでに問題となっていた系統誤差の要因を排除した高精度な寿命測定が期待されている。本年度は大強度陽子加速器施設(J-PARC)でビームを用いた物理測定を行い、統計精度O(1)%精度のデータを取得し最初の物理成果を2017年度秋の学会にて報告した。J-PARCの運転強度が予定されていたものよりも低い状態で推移したため、期待していた統計量を取得するために2017年夏以降もデータ取得を継続中である。さらに系統誤差の改善のため2017年11月に運転時の検出器ガス圧を50kPaに設定した物理測定の取得をおこなった。これは現状の100kPa運転時に課題となっていた、中性子が運転ガスにより散乱されることに伴う背景事象を低減するための試みであり、運転ガス圧に比例してこの背景事象は減少すると期待される。測定を通して中性子の散乱数が半減していることを確認したことにとどまらず、100kPaと同じく解析手法の最適化を行い、最終的にO(1)%精度の中性子寿命を決定するに至った。この値に関しては2018年春の学会にて報告を行った。本研究はさらなる精度向上のため、ビーム径の拡大を通した統計面での改善と、より低ガス圧での運転を通した系統誤差の改善を通して、最終的には0.1%精度での中性子寿命測定を実現する。低ガス圧での運転に関する検出器のアップグレードが現在進行中であり、2018年度には新たに開発した低発熱のアンプを使用した低ガス圧での運転が実現できると予定である。

这项研究是利用加速器中产生的中子进行寿命测量实验，在世界上尚属首次。通过使用独立于已确定现有中子寿命的其他实验的方法，预计将有可能进行高精度的寿命测量，从而消除过去一直存在的系统误差。今年，我们在高强度质子加速器设施（J-PARC）利用束流进行了物理测量，获得了统计精度为O(1)%的数据，并在2017年秋季学术会议上报告了第一个物理结果。由于J-PARC的运行强度仍低于计划，自2017年夏季以来，数据收集一直在持续进行，以获得预期的统计数据。此外，为了改善系统误差，于 2017 年 11 月进行了物理测量，运行期间检测器气压设置为 50 kPa。这是为了减少由于中子被工作气体散射而引起的背景现象，这在当前100kPa操作期间是一个问题，并且预计该背景现象将与工作气体压力Ru成比例地减少。通过测量，我们不仅确认了散射中子数减半，而且将分析方法优化为100kPa，最终以O(1)%的精度确定了中子寿命。我们在 2018 年春季的一次学术会议上报告了这个值。为了进一步提高精度，本研究旨在通过增加光束直径来改善统计数据，并通过在较低气体压力下操作来改善系统误差，以提高中子寿命，以0.1%的精度实现测量。目前正在进行低气压操作检测器的升级，预计在 2018 财年使用新开发的低发热放大器能够在低气压下操作。

项目成果

J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：新アンプ・新検出器の試験

J-PARC/BL05 的中子寿命测量实验：新放大器和新探测器的测试

• 发表时间: 2017
• 作者: 富田 龍彦

The status report of detector upgrade for Neutron Lifetime Measurement at J-PARC

J-PARC 中子寿命测量探测器升级状态报告

• 发表时间: 2016
• 作者: Tatsuhiko Tomita

J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：新アンプの評価と低ガス圧運転

J-PARC/BL05 的中子寿命测量实验：新放大器和低气压操作的评估

• 发表时间: 2017
• 作者: 富田龍彦

J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験:新検出器・アンプ開発

J-PARC/BL05 的中子寿命测量实验：新探测器和放大器的开发

• 发表时间: 2016
• 作者: 富田 龍彦

Development of time projection chamber for precise neutron lifetime measurement using pulsed cold neutron beams

开发时间投影室，使用脉冲冷中子束精确测量中子寿命

• DOI: 10.1016/j.nima.2015.08.006
• 发表时间: 2015
• 作者: Y. Arimoto;N.Higashi;Y.Igarashi;Y.Iwashita;T.Ino;R.Katayama;R.Kitahara;M.Kitaguchi;H.Matsumura;K.Mishima;N.Nagakura;H.Oide;H.Otono;R.Sakakibara;T. Shima;H.M.Shimizu;T.Sugino;N.Sumi;H.Sumino;K.Taketani;G.Tanaka;M.Tanaka;K.Tauchi;A.Toyoda;T.Tomita;T.Yamada
• 通讯作者: T.Yamada