2010_end_of_year

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3 MUSIC Muon Science Innovative Chance at Osaka University2

4 Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka University Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka University has a cyclotron of 400 MeV with 1 microa. The energy is above pion threshold. Muon Source with low proton power at Osaka U.? PRISM-FFAG R&D

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9 What's Double β Decay? Z+1 Z Z β Z+1 ββ β Z+2 This decay has two mode. (Z,A) (Z+2,A)+2e-+2ν...2νdecay mode Permitted in SM We know about 10 source. MUSIC計画での 久野研究室 研究概要...µ-ビームによって励起さ 1.ニュートリノを放出しないβ 2νββ崩壊モード (Z,A) (Z+2,A)+2e- 0νββ崩壊モード...0νdecay mode Emitted neutrino absorbed in nuclear. Neutrino = Majorana particle ee- ν (Z,A) (Z (Z,A) (Z Z+ Z 0νββ崩壊モード ν=マヨラ 装置全体のレイアウト 3.MUSIC...大阪大学RCNPに建設

10 ューオン原子核捕獲の研究 Mass of Neutrino 士前期課程1回生 曵田 俊介 1998年 We knew neutrino has mass. 核が放出するγ線を測定することで原子核モデルを決定する But we don t know this value. の探索 2.ニュートリノの質量 We can calculate neutrino mass by probability of 0νdecay mode. 0νββ崩壊モード ニュートリノの質量が計算可能 e-+2ν e- な中間状態を 得る 2 0νmode 2νmode [T1/2 ]-1=[mν/me]2G0ν[Mm]2 0ν [T1/2 2ν 実験で測定可能 0ν ]-1= νの質量 G2ν[MGT]2 2ν 位相空間因子 計算可能 核行列要素 原子核モデルより理論計算 核行列要素を精確に理論計算するには 精度の良い原子核 We can t decide NME by experiments. モデルが必要となる 中間状態まで考慮に入れた原子核モデルの決定 Decide Nuclear Matrix elements of 0νdecay mode, 強度DCµビーム源 5.原子核モデル by comparing with 2νdecay mode γ線のエネルギー分布

11 ソレノイド磁場中にπ捕獲部を置くことに 装置全体のレイアウト 3.MUSIC...大阪大学RCNPに建設中の大強度DCµビーム源 パイオン崩壊 ミューオン輸送部 位相空間回転部 より 世界最高のµ生成効率を目指す ソレノイド中のダイポール磁場によって より 世界最高のµ生成効率を目指す ミューオン輸送部 Why using MuSIC µの電荷 運動量を選択できる ソレノイド中のダイポール磁場によって 本実験ではµ-を使用する µの電荷 運動量を選択できる 陽子ビームライン部 陽子ビームライン部 7 パイオン捕獲部 本実験ではµ-を使用する 7 νµ νµ Z Z-1 Z Z-1 µ- X線 µ- γ線を検出 µ- Z-1 Z-1 原子核がµを吸収してZ-1の励起状態に Advantage of using µ ①.実験環境の最適化 1.ミューオンビームの最適化 µ has large mass compared with ビームの広がり 強度等 1.ミューオンビームの最適化 性子を放出 放出するγ線の強度 This3.γ線測定装置の配置 process run by only weak 放出するγ線の強度 バックグラウンド interaction. 3.γ線測定装置の配置 ②.トリガーシンチレーター バックグラウンド todifferences 0+ 0νββ isospin s 2.! Systematic PET用規格で工業生産されている (amo 0.2 単位体積当たりの単価が通常の10分の1 reprod IBM, QRPA and she reproduced from B. S Nuclear Data Sheets 2.! Systematic Nuclea differ 単位体積当たりの単価が通常の10分 医療用GSO結晶を積層してカロリメータを開発 意義 IBM, QR ③.γ線検出器プロトタイプ いか 医療用GSO結晶を積層してカロリメー 意義 γ線の測定にはgso(ge)を使用 ③.γ線検出器プロトタイプ - µ を使用して実 いか Z-1!"#$%&'()&*+'+ 30mm γ線の測定にはgso(ge)を使用 GSO 4mm Z-2 MPPC 6mm Nuclea µ-を使用 30mm 様々な中間状態を とり得る 4mm 比較的安価な医療用GSOを用いてプ 6mm MPPC Z ロトタイプ検出器を作成する GSO 比較的安価な医療用GSOを用いてプ 実験はソレノイド磁場中で行うた ロトタイプ検出器を作成する め 信号はMPPCで読み出す ミューオン起源のイベントの選別を行う トリガーシンチレーター Nuclear Weak Responses!"#$%&'()&*+'+ 2.静止標的の決定 electron,so momentum shift is large. ビームの広がり 強度等 2.静止標的の決定 GSOの低価格 Summ 0νββ GSOの低価格化 0νββ崩壊モー Neutrinoless doubl γ For そこで a reliableそこで 0!" nn For aprediction reliable of predi 1.! Weak transitions from the gr + 1.! Weak transitions 原子核の励起エネルギーに依存したγ quen 原子核のエネルギーに依ったγ線や中 医療用GSO結晶 to 1, Gamow-Teller to 1+firstGamow原子核のエネルギーに依ったγ線や中 to 2 unique forbidden 医療用GSO結晶 線や中性子を放出する 性子を放出 大量に入手 to 0+ 0νββ崩壊の核行 isospin to 2,symmetry unique br fir PET用規格で工業生産されている 原子核がµを捕獲 X線を放出しながら基底状態へ 原子核がμを捕獲 X線を放出し基底状態へ 原子核がμを捕獲 X線を放出し基底状態へ 原子核がµを吸収して励起状態に移行 原子核がµを吸収してZ-1の励起状態に 研究計画 ①.実験環境の最適化 精度の良い原 2νββ 2νββ崩壊モー Neutrinoless double beta (0!" 1.! indicates Majora 1.! indicates Majorana neutrino GSO結晶はPRIME用カロリメータの要求 interact GSO結晶はPRIME用カロリメータの要求を満たすこ violating violating interactions 2.! probesmass 2.! probes scale しかし 結晶は高価!absolute カロリメータ しかし 結晶は高価!absolute カロリ able to distinguish normal a able to distinguis µ- 研究計画 γ 原子核の励起状 のエネルギー分 精度 Cause µ capture and make middle state of Double β Decay. 4.ミューオン原子核捕獲 γ線を検出 4.ミューオン原子核捕獲 X線 原子核 のエネ ソレノイド磁場中にπ捕獲部を置くことに パイオン崩壊 パイオン捕獲部 γ線のエネル µ-は電子よりも重い 運動量移行が起こる µ-が原子核に吸収さ µ-は電子よ 作用によって反応が 運動量移行 計算ができる - µ が原子核

12 GSO Scintillator & MPPC We use GSO Scintillator in next Beam Test. high stopping power for γ. short time of photon emission high scintillate 第3章 半導体型光検出器 MPPC small size. low operation voltage. capability of operating in magnetic fields.

13 oscilloscope count ADC p.e.

14 Detector GSO

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23 adc1 {adc1>0} 10 2 htemp Entries 2810 Mean RMS adc1

24 MPPC(Multi Pixel Photon Counter) An opto-semiconductor device with an excellent photon counting capability developed by Hamamatsu Photonics, Japan. The MPPC amplifies photon signals and converts them to electrical signals. small size. low operation voltage. capability of operating in magnetic fields.

実験セットアップ 輸送ソレノイド36 出口 ミューオン停止標的 マグネシウム 大きさ 37mm 8mm 厚さ 2mm Bz = 2. T 双極磁場 By=+.4 T トリガーカウンター プラスチックシンチレーター 磁場に耐性のあるMPPCで読み出し 厚さ 3.5mm μビーム μ ミューオンX線 ビーム中負ミューオンの位置分布 シミュレーション 遮 Mg標的の位置 9 X線検出器 ゲルマニウム検出器

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34号 目 次

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