Precise neutron lifetime measurement with a new gaseous detector

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九州大学で開発したガス検出器をX線源(55Fe)と宇宙線を用いた動作試験を経て、2019年4月に超伝導磁石のあるKEK筑波キャンパスへと輸送し、検出器と磁石の統合試験を実施した。磁場を印加した環境下でも検出器とアンプは増幅率を落とさず動作することを確認した。続いて、本研究で測定したい信号事象である中性子のβ崩壊電子を模擬するために、検出器中央に塩化カリウム粉末を設置し40Kから放出されるβ線を用いた。磁場を印加するとβ線は検出器中央領域のみにとどまり周囲の領域では検出されないことを確認した。また、本研究で排除したい背景事象を模擬するために検出器の側にγ線源(60Co,137Cs,152Eu)を設置し磁場の有無による違いを比較した。磁場無しの環境と比べ、磁場有りの環境ではγ線源由来の背景事象を2%程度まで抑えられた。これらの結果をシミュレーションと比べ、中性子ビームを用いた場合でも同様にβ崩壊電子を検出器中央領域に留めたまま、γ線背景事象を排除できることを示した。次に、この測定システムを2019年10月に中性子源のあるJ-PARC東海キャンパスまで輸送し、ビームラインへと設置した。ここで中性子ビームを検出器に入射し、この実験の信号事象のひとつである中性子流量測定用の信号を検出した。施設の機器安全審査に合格し、ビームライン中での液体寒剤を用いた磁石の冷却と中心磁場600 mTの励磁試験を実施した。磁場の漏れ出しを防ぐ鉄遮蔽体のおかげで、大部分の機器は影響なく動作することを確認した。一方で、影響を受けやすい中性子バンチ化装置のみは性能を落としたが性能低下は十分対処可能な範囲であったため、今後の対策の指針を示すことになった。この測定システムを用いれば30日間の測定により、過去に行われてきた中性子寿命測定手法との差異を議論できる0.2%の精度で測定可能であることを明らかにした。