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(*) September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 1 Contents 1. 2. Motivation Mu → anti-Mu 実験 3. 原理試験のための実験 4. 5. Activation法 負ミューオン捕獲実験 184Ta の検出実験 結果 まとめ September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 2 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,…) m+ mD++ eSeptember 17, 2003 m+ nm WR e+ e- m- m+ WN WL ne e+ KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 e+ e- m3 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) GMu Mu 3.0 10-3 GF ( PM M 8.3 10-11 ) 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) September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 4 Mu → anti-Mu 実験 Activation法による anti-Mu 検出 1. 2. 3. 4. 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 September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 5 Mu → anti-Mu 実験 184Ta 1. の検出 ベータ崩壊 (184Ta → 184W ) (t=8.7h, 1.17MeV) 8.7h 184Ta 2. 3. 同時ガンマ線放出 (t<10ns, 414keV) b (max. 1.17MeV) 1.699MeV 8.3ms 遅延ガンマ線放出 (t=8.3ms) 1.285MeV 0.748MeV 921keV 0.364MeV 537keV 25% 0.111MeV 921keV 62% 0 1174keV September 17, 2003 414keV 9% KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 184W 6 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 純タングステン・シートの標的 Pm-=60MeV/c 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 September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 7 原理試験のための実験 184Ta ベータ崩壊 検出装置 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 g1 NaI(Tl)結晶 6本 eg2 5.5cm 17cm September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 8 結果 184Ta 測定 ： 同時光子 414keV 光電ピークのみ 採用 September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 9 結果 184Ta 測定 ： 遅延光子 複数レベルの組み合わせ •537+384+253+111 •921+253+111 •1174+111 921keV 537 1174 September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 10 結果 184Ta 測定 ： 遅延光子時間 カットなし Eg=921keV 光電ピーク Eg=1174keV Low Eg 光電ピーク Eg=537keV 光電ピーク Decay time: 8.3ms どのエネルギーでも コンシステント September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 11 結果 184Ta 測定 ： 捕獲レート 照射ミューオン数 4.2x106 m- 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？？？ September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 12 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 September 17, 2003 KEK中間子／2003年度共同利用実験報告会 13
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