170 likes | 295 Views
Mu anti-Mu 変換実験 ~MUWG in 熱海 ~. J-PARC MLF ディビジョン ミュオン 河村 成肇. 物質・生命科学実験施設. 中性子分光器. ミュオン生成標的. ミュオン科学実験施設 = 陽子ビームライン +ミュオンビームライン. 中性子生成標的. 中性子分光器. 第二期ミュオン施設建設. 崩壊ミュオンビームライン(第一期建設分). 大立体角ミュオンビームライン(第二期). 汎用性の高い崩壊ミュオンビームライン 正負ミュオン( 30-120MeV/c )の輸送.
E N D
Mu anti-Mu変換実験~MUWG in 熱海~ J-PARC MLFディビジョン ミュオン 河村 成肇
物質・生命科学実験施設 中性子分光器 ミュオン生成標的 ミュオン科学実験施設=陽子ビームライン +ミュオンビームライン 中性子生成標的 中性子分光器
第二期ミュオン施設建設 崩壊ミュオンビームライン(第一期建設分) 大立体角ミュオンビームライン(第二期) 汎用性の高い崩壊ミュオンビームライン 正負ミュオン(30-120MeV/c)の輸送 表面ミュオン(30MeV/c)に特化し、軸収束のビームラインで大立体角、高輸送効率を狙う。
大立体角ミュオンビームライン 大立体角ビーム実験エリア
ミュオンビーム強度 • 崩壊ミュオンビームライン(1MW時) • 30MeV/c 3×107m+/秒 6×105m-/秒 • 60MeV/c 5×106m+/秒 1×106m-/秒 • 120MeV/c 2×107m+/秒 1×107m-/秒 • 大立体角ミュオンビームライン(第二期計画) • 30MeV/c 5×108m+/秒 1×107m-/秒 • 大立体角ビームラインによる高強度化
NuFact’00 青木 物理のイントロ • Lepton Flavor Violation (LFV) • |DLi| = 1 • |DLi| = 2 SUSY-GUT Exotic processes
NuFact’00 青木 モデル (a) doubly charged Higgs boson, (b) heavy Majorana neutrinos, (c) a neutral scalar, e.g., a supersymmetric τ-sneutrino, or (d) a bileptonic flavor diagonal gauge boson
NuFact’00 青木 PSIでの実験 • Setup
NuFact’00 青木 PSIでの実験 • Result
NuFact’03 松田 Slow muons • Slow muons : muons which are (re-)accelerated from the muons which are almost at a rest. • Beam energy is tunable, and its spread is very small. a The range in the material is tunable down to sub mm. • Emittance is very small. a Small sample can be used. • New application of mSR for thin films • Possible application towards future muon/neutrino sources
NuFact’03 松田 Two methods to generate slow muon beam • Cryogenic moderator method (PSI) • Use a layer of solid rare gas as a moderator. • Initial energy is 10-100eV, and its spread is around 10eV. • Time structure is determined by initial beam. • Laser resonant ionization method • Obtain slow muons by ionizing thermal muoniums emitted from a hot tungsten film. • Initial energy is around 0.2eV, and its spread is less than 1eV. • Time structure is determined by laser timing. g Gives better time resolution for pulsed beam. gPossible use for Mu anti-Mu conversion experiment as a sensitive detection method of anti-Mu and background suppression.
NuFact’03 松田 Slow-muon beam-line at RIKEN-RAL
NuFact’03 松田 Slow-muon beam-line at RIKEN-RAL
NuFact’03 松田 Efficiency of slow muon generation Observed slow muon signal : 3.3 m/sec (MCP efficiency 66%) a 5.0 m/sec (Decay in flight 43%) a 8.6 m/sec (Transport efficiency unknown. assume 100%) a >8.6 m/sec at the source Initial surface muon beam : 1.0x106m/sec Efficiency 8.6/1.0x106 = 8.6x10-6 (still low…)
NuFact’03 松田 Future plan for slow muon • Beam study • Beam profile measurement ( Segmented MCP, Slit, emittance measurement) • mSR study • Scintillator telescopes installation around the MCP chamber. • Helmholtz coil installation • Thinking of fundamental physics… • Mu1anti-Mu conversion experiment : double coincidence between laser irradiation and anti-Mu detection will reduce background significantly. • PSI experiment accumurated 5.7x1010 muonium decays. We need significant improvement of slow muon yield. • Muon intensity improvement : J-PARC, new proton driver, new design of capture channel. • Muon to muonium conversion improvement : cyclotron trap
NuFact’03 松田 Cyclotron trap • PSI & LEAR application • Winding up the range path of stopping particles inside a weak focusing cyclotron field. It has been used for producing low energy negative muons beams, pions and anti-protons. • Moderator can be gas (typically ~1mbar Hydrogen), or thin metal foils. • Application for positive muons have been limited because of high capture rate of electron. • Cyclotron trap + laser ionization • Can expect increase of muon stopping density at the near-surface of Tungsten foil. • We will lose muon polarization. This will limit application for mSR, but is good for Mu 1 anti-Mu oscillation experiment. • Recover muon polarization with polarized laser light?
まとめ • J-PARC MLFの大立体角ミュオンビームラインを使い、Mu-antiMu実験ができる。超低速ミュオンビームラインとほとんど同じ装置で逆のpolarity。 • 5×108 surface m+/s ×10-5 (m+→slow m+)5×1010 Mu/0.5y(2×107 Mu/s=2×1012 Mu/d) • 現状(1MW)でも、半年程度でPSIと同程度の統計。Laserとの同期で散乱からくるBGはなし。ただし、in-flightでのm-e崩壊などが問題になる? • Mu-antiMu変換はいつ起こる?Laserを打つタイミングは?