218R（基礎物理（素粒子・原子核））使用ステーション／ビームライン（12 ポイント・右寄せ）

J-PARC ミューオン g-2/EDM 実験のための３次元らせん入射手法の実証実験
Test experiment of 3-D spiral beam injection formuon g-2/EDM experiment at J-PARC
飯沼裕美・茨城大学理工学研究科量子線科学専攻
JPARC で計画されているミューオン異常磁気モーメント(g2)と電気双極子モーメント(EDM)の精密測定実験(新 g-2/EDM 実験)のためのビーム入射・蓄積ビーム軌道の制御手法の確立、および蓄積ビームのモニター手法の開発の現状報告をする。
ミューオン EDM の存在は CP 対称性の破れの証拠となるので、これの存在を確認すれば直ちに未知の新物理の証拠発見になる。磁場中のミューオンス
ピン歳差運動の周期を精密測定して EDM の有無、存在する場合はその大きさを実験的に決定する。これを実現するために、ビーム中心軌道が乗る平面の安定度 0.01mrad 以内を目指し、低エミッタンスビーム、高精度磁場の蓄積リングに加え、高精度なビームの軌道制御技術が求められる。
我々は直径 0.66m という他に例を見ない小型蓄積リングに、蓄積磁場を乱さずにビームを 3 次元らせん軌道で入射するというユニークな手法を考案し[1]、高エネ研つくばキャンパスに於いてテストベンチにおける原理実証実験を行っている。オリジナルより 1/3 サイズダウンした蓄積磁石にミューオンビームの代わりに電子銃からの電子ビームを入射し、3 次元らせん入射をおこない、入射軌道の安定化および、入射後のビームのモニター装置の開発と蓄積領域内でのビーム軌道を高精度に制御する手法の開発に取り組んでいる。
[1] “Tree-dimensional spiral injection scheme for the g-2/EDM experimentat J-PARC” H. Iinuma, H. Nakayama, M. Abe, K. Oide, K. Sasaki, N. Saito, T.
Mibe. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 832 (2016)
51-62.

219R（基礎物理（素粒子・原子核））MLF-D2

J-PARC におけるミューオニウム超微細構造精密測定実験のための中性子バックグラウンド測定器の開発
Development of the neutron detector for themeasurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC
東京大学大学院総合文化研究科 八木大介 for MuSEUM Collaboration
ミューオニウムは正ミューオンと電子というレプトンのみからなる束縛状態である。ミューオニウム超微細構造（MuHFS）の精密測定により、束縛系QEDの厳密な検証が可能である。MuSEUM(Muonium Spectroscopy
Experiment Using Microwave)グループはJ-PARC MLFの大強度パルスミューオンビームを用いてMuHFSを精密測定している。先行実験[1]で得られた測定精度は12 ppbであり、不確かさの大部分は統計誤差である。世界最高強度のパルスミューオンビームを用いることで、MuSEUMでは更に10倍以上の精度向上を目指している。ミューオン生成時に中性子やガンマ線も生成され、これらは測定における背景事象となる。中性子の時間構造・エネルギー分布はMuSEUMにおけるミューオンスピン分光器であるプラスチックシンチレータを用いた陽電子検出器では測定が難しいため、独立した中性子検出器を用いる恩恵が大きい。そこで、中性子に対して、高検出効率が見込める液体シンチレータを用いた中性子検出器を開発している。信号は光電子増倍管によって読み出され、高速の波形デジタイザによって処理される。シンチレーショ
ン光には即発成分と遅発成分があり、中性子のイベントの信号はγ線のイベントのそれに比べて遅発成分が多い。この遅発成分による波形の違いを利用して、波形の全積分電荷とtail部分の積分電荷との比を入射粒子ごとに比較することで粒子弁別を行う。検出器の基礎的な性能を実験室において複数の放射線源を用いて評価した。図1に252Cf線源を用いたセットアップを、図2に粒子弁別試験結果を示す。

図1線源試験のセットアップ[1] W. Liu et al., PRL, 82, 711 (1999).

図2 粒子弁別結果

220R（基礎物理（素粒子・原子核））
J-PARC-BL05

Neutron lifetime measurement at BL05 MLF J-PARC
Katsuya Hirota1, Sei Ieki2, Takashi Ino3, Yoshihisa Iwashita4,Masaaki Kitaguchi5, Ryunosuke Kitahara6, Kenji Mishima3, AyaMorishita7, Naoki Nagakura2, Hideyuki Oide8, Hidetoshi Otono9,
Yoshichika Seki10, Tatsushi Shima11, Hirohiko M. Shimizu1, Naoyuki
Sumi7, Hirochika Sumino12, Kaoru Taketani3, Tatsuhiko Tomita7,Takahito Yamada2, Satoru Yamashita13, Mami Yokohashi4, Tamaki
Yoshioka9
1 Department of Physics, Graduate School of Science, 2 Department ofPhysics, Graduate School of Science, 3 KEK, High Energy Accelerator
Research Organization, 4 Institute for Chemical Research,
5 Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and theUniverse (KMI), 6 Department of Physics, Graduate School of Science,
Kyoto University, 7 Department of Physics, Graduate School ofScience, Kyushu University, 8 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare,
9 Research Center for Advanced Particle Physics (RCAPP), Kyushu
University, 10 Neutron Science Section, Materials and Life Science
Division, J-PARC Center, Japan Atomic Energy Agency, 11 ResearchCenter for Nuclear Physics (RCNP), Osaka University, 12 Departmentof Basic Science, Graduate School of Arts and Sciences, The
University of Tokyo, 13 International Center for the Elementary
Particle Physics (ICEPP), The University of Tokyo
The neutron decay lifetime (τn ~ 880 sec) is the most crucial
parameter for the Big Bang Nucleosynthesis, which predicts lightelement synthesis in the early universe. However, recently reportedvalues for the neutron lifetime deviate significantly from thesystematic uncertainties. The discrepancy of 8.4 sec (3.8σ) in themeasured value of τn , depending on which of the two current methods
is used. One is to measure the number of protons produced in theneutron beta decay using the Penning trap method. The other is tostore ultra-cold neutrons in a chamber and count the number ofremaining neutrons after a certain period. To resolve this problem, weconduct a new experiment to measure τn using a different method,which is carried out at the polarized beam branch of BL05, MLF,
J-PARC. In this method, both the total neutron flux and the number ofelectrons produced in the beta decay are measured in a time projection

220R（基礎物理（素粒子・原子核））

chamber (TPC). Here, the total neutron flux is evaluated using thenumber of 3He(n,p)3H reactions in the TPC. Since our method has
different types of systematic uncertainties with respect to the previous
two methods, the result will be a powerful approach in resolving thecurrent discrepancy. The first set of data, acquired in April of 2016,
yields a statistical uncertainty of O(10) sec on τn. We will present theanalysis results of the acquired data.

221R（基礎物理（素粒子・原子核））
MLF／BL04 ANNRI

複合核状態における時間反転対称性の破れ探索実験
Search for T-violation effect in compound neutron
resonance at J-PARC

奥平琢也、清水裕彦、北口雅暁1、広田克也、岡田晏珠、伊藤維久弥、山本知樹、高田秀佐2、古賀淳2、吉岡瑞樹3、猪野隆4、旭耕一郎5、百瀬孝
昌6、岩田高広7、酒井健二8、木村敦8、日野正裕9、嶋達志10、山形豊10
名大理, 名大KMIA, 九大理B, 九大RCAPPC, KEKD, 東工大理E, Univ. British
ColumbiaF, 山形大理G, JAEAH, 京大炉I, 阪大 RCNPH, 理研K

中性子が原子核に吸収され、複合核共鳴となるときに空間反転対称性の破れが陽子陽子散乱の最大約106倍まで増幅されるという現象が2000年以前の偏極中性子を用いた実験によって報告されている。これは複合核の部分波であるp波とs波の干渉によるものとして理解されている。CP対称性の破れに対しても同様の増幅効果が理論的に予測されており、講演者
らは複合核共鳴を通した感度の良いCP対称性の破れの探索を計画している。
CP対称性の破れ探索実験では原子核標的を偏極し、入射中性子のスピン偏極に対する吸収断面積の非対称度を測定する。候補となる標的原子核
はLa,Xe,Br,Inなどであり、利用する共鳴のエネルギーは熱外中性子の領域である。3He スピンフィルタによる熱外中性子の偏極 、動的核偏極
レ ーザーを用いた核偏極など、現有の技術と、J-PARC の大強度パルス中性子ビームの利用 によって、この実験が現実的に可能である。
現在は主にBL04のGe検出器を使用し、標的原子核選定のための(n,γ)反応の測定を行なっている。また3He スピンフィルタや中性子検出器の開発も同時に進めており、本発表ではこれらの実験の結果、開発の状況について報告する。

222R（基礎物理（素粒子・原子核））
MLF-BL17、MLF-BL21

中性子 EDM 測定のためのBi 12 GeO 20 結晶の内部電場の測定
Measurement of Electric field in Bi12GeO20 Crystal
to search for nEDM
伊藤茂康、中路雅也、北口雅暁、清水裕彦名古屋大学理学研究科	  固有の中性子電気双極子モーメント（EDM）の存在は T 対称性（即ちCP 対称性）を破る。現在の超冷中性子（UCN）を用いた上限値は 3.0×10-26
e・cm と与えられており、標準模型を超える新物理、例えば超対称性理論、が予測する値にあと一歩まで迫っている。我々は、Bi12GeO20 単結晶による回折を利用した新しい中性子 EDM 探索実験に取り組んでいる。この方法はある種の非対称性結晶の内部に存在する強力な電場を用いてEDM との相互作用をスピン回転で測定しようとするもので、UCN 蓄積法と同等の感度を持つ可能性がある。また、異なる系統誤差をもつ方法としても重要である。現在、第一ステップとして結晶内電場の測定に取り組んでおり、その現状と今後の EDM 探索に向けた取り組みについて報告する。

223R（基礎物理（素粒子・原子核））
MLF-BL05

中性子-希ガス散乱による未知相互作用の探索
Measurement of neutron scattering from noble gas
to search for a short-range unknown force
我々は大強度陽子加速器施設(J-PARC/MLF)において冷中性子と希ガスの散乱を用いた質量と結びつく未知相互作用の探索を行っている。
中性子は電荷がなく原子間力を抑えられる粒子である。このため中性子散乱を精密に測定することで小さな相互作用まで検出することができる。また散乱標的に結晶構造や分子構造のない希ガスを用いて、中性子散乱を測定することでナノメートルスケールの未知相互作用を探索することができる。
本研究では 2016 年 6 月に実験をし、さらに 2016 年 11 月から 2017
年 1 月にかけて高統計の実験を行った。取得できた実験データの現在の解析状況・結果を報告する。

newinteraction

Coupling constant |αα(α>0)
|1026
1025

EXCLUDED REGION

2410

Nesvizhevsky et al.
Kamiya et al.

1023

Beam portDetector
Gas
Neutronwell-known
interaction

1022
Mohideen et al.

10211020

Mostepanenko et al.

1019
1018
1017
1016

Decca et al.

10−9

10−8

Compton length λ [m]10−7λ[m]