ミューオニウム・反ミューオニウム変換の予備実験
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ミューオニウム・反ミューオニウム変換の予備実験. 京都大学理学部物理第二教室 2002 年度 4 回生課題研究 小黒桂、臼井宗一郎、谷口七重、 J.A.Hutasoit 担当教官: 笹尾 登、野村 正 (*). Contents. Motivation Mu → anti-Mu 実験 Activation 法 原理試験のための実験 負ミューオン捕獲実験 184 Ta の検出実験 結果 まとめ. m +. m +. e +. m -. m +. m -. n m. W N. D ++. W R. W L. n e. e -. e +.

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ミューオニウム・反ミューオニウム変換の予備実験

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5758372

ミューオニウム・反ミューオニウム変換の予備実験

京都大学理学部物理第二教室

2002年度4回生課題研究

小黒桂、臼井宗一郎、谷口七重、 J.A.Hutasoit

担当教官: 笹尾 登、野村 正(*)

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


Contents

Contents

  • Motivation

  • Mu → anti-Mu 実験

    • Activation法

  • 原理試験のための実験

    • 負ミューオン捕獲実験

    • 184Ta の検出実験

  • 結果

  • まとめ

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


Modivation

m+

m+

e+

m-

m+

m-

nm

WN

D++

WR

WL

ne

e-

e+

e-

m-

e-

e+

Modivationミューオニウム・反ミューオニウム変換

  • Muonium(m+e-)から anti-muonium(m-e+)へ

  • Lepton Flavor Violation 過程

    • Beyond the Standard Model

      • Doubly charged Higgs

      • Heavy Majorana neutrino

      • Neutral scalar (SUSY,…)

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


Mu anti mu mu anti mu

Mu → anti-Mu 実験Mu → anti-Mu 変換実験

  • ミューオンビームラインでのカウンター実験Present World Record (PSI, 1999)

    • Coincidence of

      • e+ of anti-Mu (13.5eV, accelerated to 7keV) and

      • e- from m- decay (Michel, max 53MeV)

    • Background limited

  • Activation method(TRIUMF, 1990)

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


Mu anti mu activation anti mu

Mu → anti-Mu 実験Activation法による anti-Mu 検出

  • 正荷電ミューオンの入射 (Muの形成)

  • Anti-Mu (m-e+) への変換

  • 負ミューオン捕獲 (m-+184W → nm+184Ta)

  • 184Ta の検出

    • ビームから離れた場所で測定する⇒バックグラウンドを避けられる

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


Mu anti mu 184 ta

8.7h

184Ta

1.699MeV

1.285MeV

8.3ms

0.748MeV

0.364MeV

0.111MeV

0

184W

Mu → anti-Mu 実験184Ta の検出

  • ベータ崩壊 (184Ta → 184W )(t=8.7h, 1.17MeV)

  • 同時ガンマ線放出(t<10ns, 414keV)

  • 遅延ガンマ線放出(t=8.3ms)

b (max. 1.17MeV)

414keV

921keV

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


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原理試験のための実験負ミューオン捕獲実験

  • ミューポートでの照射

    • Pm-=60MeV/c

  • 純タングステン・シートの標的

    • 厚さ100mm×20枚(16枚でほぼ全て止まる)

  • フラックスの算出

    • ポートでのm-崩壊時間スペクトラムより

      • ダミーのアルミ板

      • タングステン標的

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


184 ta

g1

e-

g2

原理試験のための実験184Ta 検出装置

  • ベータ崩壊

    • 2mmt プラスチックシンチレータの積層

    • 隙間にタングステンフォイルを挿入

  • ガンマ線

    • NaI(Tl)結晶 6本

5.5cm

17cm

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


184 ta1

414keV

光電ピークのみ

採用

結果184Ta 測定 : 同時光子

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


184 ta2

  • 複数レベルの組み合わせ

  • 537+384+253+111

  • 921+253+111

  • 1174+111

921keV

537

1174

結果184Ta 測定 : 遅延光子

KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


184 ta3

結果184Ta 測定 : 遅延光子時間

Eg=537keV

 光電ピーク

Eg=921keV

光電ピーク

カットなし

Decay time:

8.3ms

どのエネルギーでも

コンシステント

Low Eg

Eg=1174keV

  光電ピーク

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184 ta4

結果184Ta 測定 : 捕獲レート

  • 照射ミューオン数

    • 4.2x106m- stop in Tungsten sheets

  • 184Taからの信号に対する検出効率

    • G(b)=60%

    • G(g)=33%

    • G(g,delay)=53%

  • 捕獲後に184Taとなる割合が求められる

    • 0.03 ⇔ c.f. 0.107; PRD41,2709(1999)

      • 検出効率の見積りに問題???

  • KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


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    まとめまとめ

    • Mu → anti-Mu 変換実験の手法としてActivation法について検討した

    • m-+184Wにて生成される184Taの検出装置を試作し、Activation法の原理試験を行った

      • b,g,delay gのシーケンスを正しく捕らえることに成功

    • 検出器の効率の評価、バックグラウンド評価が今後の課題

    KEK中間子/2003年度共同利用実験報告会


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