計画研究D01の概要を報告する

ミューオンは地上で観測される2次宇宙線の大半を占める放射線である。この最も身近な放射線と原子核の反応は90年代頃までは精力的に研究されていたが、今世紀に入ると様々な要因によりその研究は途絶え忘れられた研究となっていた。近年になり、宇宙線ミューオンに起因する半導体デバイスのソフトエラー、ミューオンを使った新しい核変換手法の提案、加速器施設における背景事象の研究や放射線安全など、主に応用研究からの要請でミューオンと原子核の反応が再び注目されるようになった。負の電荷を持つミューオン（負ミューオン）は、電子の200倍の質量を持ち「重い電子」として物質中で振る舞い、電磁気力および弱い相互作用により原子核と反応する。ミューオン捕獲反応と呼ばれるこの原子核反応は、一般的な原子核衝突による核反応とは異なる原子核の励起状態を生成することが知られており、その反応機構はいまだによく分かっていない。本講演では、このミューオンを使った原子核物理研究について、特に最近の研究の進展を中心に紹介する。

ニュートリノ振動現象の発見により、ニュートリノに質量差があることに加えてレプトンフレーバー数の非保存が示唆されている。観測技術の発展によりニュートリノに関連する多くのパラメータの測定が可能となったが、ニュートリノの質量やフレーバー構造に関しては依然として未解明の謎が多い。 それらの謎を解き明かす手がかりとして期待されているものとして、荷電レプトンにおけるレプトンフレーバー非保存(CLFV)過程がある。これまで様々なCLFV過程の探索実験が行われてきたものの、いずれも未だ発見されたことがない。標準模型を安易に拡張するとCLFVは大きくなってしまうため、CLFV過程への実験的な制限は素粒子模型に対して強力な制約を与えている。 CLFV過程のうち興味深いもののひとつに、ミューオニウム反ミューオニウム転換がある。変化するレプトンフレーバー数が特徴的であることから、ミューオニウム反ミューオニウム転換は素粒子模型を制限する上で他のCLFV探索と相補的な関係にあるが、1999年にスイスのPSIで行われたMACS実験が制限をつけて以降、その探索はしばらく行われていない。しかしながらこの四半世紀の間、実験技術が進展するのと共に多くの新たな素粒子理論の提唱もあった。近い将来に日本や中国で新たに探索を行う計画もあるため、今こそ改めてミューオニウム反ミューオニウム転換を議論し直す良い時期であると言える。 本講演では、ミューオニウム反ミューオニウム転換について解説を行う。特にニュートリノ質量を説明する素粒子模型に注目し、次世代の探索で発見できるほどミューオニウム反ミューオニウム転換が大きくなり得るかについて述べる。また、レプトン数の破れを探索するニュートリノレス二重ベータ崩壊との関連についても触れる。

計画研究A01で進めている研究の現状を報告する

計画研究B01: Kinetic-inductance parametric amplifierは、宇宙素粒子実験や超伝導量子ビットの読み出し増幅器と して近年注目されている。この増幅器の利点として、高い転移温度および臨界磁場を持つ窒化ニオ ブを使用することで、従来の超伝導パラメトリック増幅器よりも高温・高磁場環境での使用が可能 であると期待されている。本発表では、この増幅器の動作原理と応用例について報告する。

計画研究B01: SK-Gdの進捗状況を報告する。SK-Gdは、2024年夏に磁気補償コイルの修復工事 を行い、それに伴って、排水、給水、溶解作業も行った。一方で、水循環純化装置の アップグレードも随時行っている。それらの作業前後の検出器状況、検出器感度の推移、 今後の観測展望について講演を行う。

研究計画A02: CANDLES，PICOLONなど無機結晶シンチレーターを用いる二重ベータ崩壊探索実験や宇宙暗黒物質探索実験では，結晶内部に含まれる放射性不純物の除去が最重要課題になる．現時点の目標値はウラン・トリウム系列の濃度について1 ppt程度かそれ以下としている．これまでの開発では，濃度を求めるために結晶成長および数ヶ月の放射能測定が必要で開発サイクルが長くなるのが問題であった．本研究では目標とする濃度の不純物をICP-MSによる分析で達成するべく，ICP-MSの感度並びに試料調整によるウラン・トリウムの抽出によって高い感度の測定を可能にすることを目指している．本講演では，ウラン・トリウムの試料調整における回収率の確定および今後の純度向上に向けた開発計画について議論する．

これまでの「極低放射能技術」は検出器での相互作用のターゲットとなる媒質の高純度化、検出器を構成する要素(構造物)の低放射能化などが研究の主要なトピックだった。このような背景から、これまでに系統的に評価、測定を実施していなかった宇宙線ミューオン由来の背景事象の評価、放射性同位体の生成率の測定を目標としている。本講演では、地下環境での宇宙線ミューオン測定の現状を紹介し、宇宙線ミューオンが生成する放射性同位体に関する議論を行う。

地下宇宙素粒子実験において共通してRI不純物が少ない材料で巨大な検出器が要求されている。これまで、素材選定、純化技術、そして分析技術が確立されてきた。分析技術の中でも表面アルファ線分析技術に注目し、μ-PICを用いたTPC技術とガス発光を組み合わせた装置を開発している。近年、半導体製造における材料品質評価でアルファ線分析が再注目されている。本講演では分析感度改善のための開発状況などについて報告する。

質量分析や化学分離技術の発展にともない、これまで難測定核種と言われていた 中・長半減期の核種の極微量検出・定量が可能となり、基礎研究からそれら結果 を用いた応用研究まで幅広い分野に利用されつつある。本発表では、年代測定な どの地球科学研究のツールでもあり、かつ素粒子研究を行う際のバックグラウン ドシグナルの原因ともなる天然放射性核種Pb-210の加速器質量分析技術確立に向 けた検討について紹介する。

日大・神戸大のRn吸着測定結果と空気純化装置の開発状況について報告する

地下環境中性子測定の進捗報告する。

XENONnT/XLZDは液体キセノンを標的とする暗黒物質直接探索実験および次期計画である。 XENONnTにおいては部材由来の中性子事象やラドンの子孫核種由来の電子反跳事象が暗黒物質探索 の主要な背景事象であり定量・低減の努力が行われている。XLZDにおいては放射性物質由来の背景 事象をニュートリノによる背景事象より少なくすることを目標としており、あらたな極低放射能技 術が必要である。本講演ではこれらのトピックについて報告する。

NEWAGEでの低BGμ-PIC開発、ラドン除去など、低BG化に関する研究を報告します。

研究計画B03: 極低バックグラウンド地下実験における新物理探索では、バックグラウンド源としての環境中性子の詳細理解が欠かせない。我々は超微粒子原子核乾板を用いて中性子の広い範囲でのエネルギースペクトルや方向などを取得可能な検出手法を開発すると同時に、グランサッソ地下研究所での中性子測定を推進してきた。本講演ではその現状と、本技術を用いた応用研究についても報告する。