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。

In this study, the basic process of weak interaction is precisely measured. The synthesis of elements at the beginning of the universe is predicted to be useful in determining the lifetime of the elements in J-PARC Spin Flip Chopper and Time Projection Chamber were launched in 2014. In 2017, the operating intensity of the accelerator and the stability of the detector increased by about 4 times compared with 2016. In 2018, we will continue to improve the quality and efficiency of our products. Time Projection Chamber's stability, time projection condition generation, time projection evaluation, time projection chamber's stability, time projection chamber's stability, time projection chamber's stability The result of this study is that the lifetime of neutrals is 898.8 ± 4.7 (stat.)+ 7.7-8.9(syst.) The second is the first. The results show that the accuracy of the measurement is different from that of the measurement of the initial 10 seconds. Our final goal accuracy (1 second) is necessary to reduce the statistical error and systematic error. At present, the main error of the system is reduced, and the specific improvement plan is proposed. The statistical error of 1 second in the current status of the transport system is estimated to be 300 days, 60 days, and the accuracy of the target is estimated to be possible.

项目成果

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.

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 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

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

J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：2018年の最新結果

J-PARC/BL05 中子寿命测量实验：2018 年最新结果

• 发表时间: 2019
• 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;N. Sato and R. L. Dewar;國川 慶太;長倉 直樹
• 通讯作者: 長倉 直樹