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

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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。