Development of an active magnetic field compensation system for experimental searches of physics beyond the Standard Model

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本研究では、TRIUMF研究所における中性子電気双極子モーメント（Electric Dipole Moment, EDM）探索実験のための多次元フィードバックによる動的磁場安定化システムの開発を目指している。目標とする精度における中性子EDM測定には極めて高い磁場の安定度が要求されるが、これを加速器施設内において実現するためには、施設内の背景静磁場や変動磁場を打ち消す補償システムが必要となる。例えば、中性子EDM装置が設置される予定の施設では、サイクロトロンの漏れ磁場による 100 uT オーダーの背景静磁場が存在するうえ、施設内の他の実験の活動や輸送用の天井クレーンの動作による磁場変動が発生する。強い静磁場は外部磁場を遮蔽するための磁気シールドを飽和させる恐れがあるため、補償システムが作り出す磁場によって打ち消す必要がある。またシールドの外側での外部磁場変動はEDM測定中は100 nT 程度までに抑える必要がある。本研究では、中性子EDM実験を行う予定の施設内に存在する環境磁場に即した補償システムを設計し、そのプロトタイプを製作することを目指している。2022年度は、8－11月にTRIUMFに長期滞在し、動的磁場補償の主な対象の一つである天井クレーンについて、一辺5.5mの正方形型コイルと中心付近に配置された6個のフラックスゲート磁束計によるプロトタイプを構築し、動的磁場補償の試験を行った。その結果、PID制御のパラメーターを最適化することで、対象となる補償領域中心付近において、鉛直方向振幅約10 uTの磁場変動を6から7分の1にまで補償することに成功した。長期的にエリアにインストールするシステムについては、2023年11月にインストールする予定であり、それにむけての検討や部品調達を行っている。