私の経歴概要 RHIC陽子ビーム偏極度計の開発と実用化 新g-2/EDM実験準備にゼロから取り組む

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1 私の経歴概要 RHIC陽子ビーム偏極度計の開発と実用化 新g-2/EDM実験準備にゼロから取り組む
時期 内容 1995年4月～　修士課程 直接検出実験に参加 1997年4月～2002年7月　 　技術者 フォーミュラカーの走行軌跡及び運動性能の計測装置を開発 特許　特開平 新人研修で陽子加速器用超電導空洞の設計 2002年8月～2003年4月 　研究生（京大） 2003年4月～2006年7月 　博士課程+（3年半） 2006年8月～2008年6月 　BNLポスドク（1年8ヶ月） RHIC陽子ビーム偏極度計の開発と実用化 　　・RHIC-AGS　Thesis　Award　Competition 2007 第1位（10人中） 　　・第4回（2010年）日本物理学会若手奨励賞受賞（実験核物理領域） STAR実験/22m2の鉛ガラス壁カロリメータ建設 2008年7月～ 　研究員（科学研究） 　博士研究員（2年7ヶ月） 新g-2/EDM実験準備にゼロから取り組む 陽電子検出器の概念設計 らせん軌道ビーム入射の概念設計 2011年4月～ 　KEK加速器研究施設4系 （2012年9月～2013年3月まで産休・育休を取得） 引き続き (非公式に) g-2/EDM実験作業 ３次元らせん軌道ビーム入射のためのパルス状磁場発生装置の開発 (若手B:2011年4月～2014年3月) ソレノイド型蓄積磁石への3次元らせん軌道によるビーム入射の実証試験 (基盤B:2014年4月～2018年3月) SuperKEKB加速器建設（電磁石グループ）2016年2月~ビーム運転開始予定

2 自己PR項目 博士論文研究の、陽子ビーム偏極度計の開発・運用化は全てのRHIC SPIN物理実験が実験結果としての物理量を算出する際に必ず参照する「ビームの絶対偏極度」の値を出す、という責任の大きい仕事でした。 J-PARC -2/EDM実験は、物理インパクトの大きい実験です。全く新しい手法で世界一の精密測定を実現するために、ビームラインの着想から始め、概要設計をTechnical Design Reportにまとめ、テスト実験までこぎつけました。私が担当する箇所は、EDM測定感度を左右する重要な技術開発に直結しています。 高エネ研加速器研究施設は、様々な経験をもった人材・（再利用できる）資材が豊富にあります。科研費研究は高エネの財産をフル活用し、私自身が経験者の知恵を学びながら新しいビームラインの開発に挑戦しています。技術的困難があっても、経験者に相談しながら乗り越えられるように援軍ネットワークを構築してます。 J-PARC MLF H-Lineは研究活動が今後活発になります。私が取り組むg-2/EDM実験は最下流に位置しますが、上流2つの実験 (DeeMe, Mu HFS) の準備も進んでいます。これらの実験グループとも密な協力関係にあります。今は立場上、参加していませんが、ポジションを得れば参加したいと考えています。 先人の経験から学ぶだけでなく、トライ＆エラーしながら自ら考え、答えを導く過程も大事と考えます。若い世代の先入観のない発想を取り入れ、新しい実験技術を開発していきたいと考えます。 教育関係 2015年10月より、国費留学生枠を勝ち取り、受け入れを予定しています。（担当教官です。） 大学院講義（電磁石）　前期（日本語）、後期（英語）、1日ずつ KEK素核研の齊藤研の所属する学生（総研大・東大学際理学）を部分的に指導 学生の物理に対する敷居を低くする活動（春・夏休みに集中）も積極的に参加しています： 春の理系女子キャンプ、高校生の夏合宿や、職場体験(1日)の高校生受け入れ、など。

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4 g-2/EDM実験の紹介 g-2/EDM実験 もっとも高精度な測定は、周波数測定
ミューオンスピン歳差運動の周期を超精密測定し、時間反転対称性の破れを探る実験 世界初のミューオン顕微鏡の開発につながる Mu HFS実験、DeeMe実験の研究者たちと良い協力関係にある。 高エネ・物構研、 高エネ・低温センター 東京大学、理研、大阪大、 ICU、Univ. of Massachusetts、・・・ ポジションを得たら、これらの実験に参加も視野に入れられると思います。

5 スピン歳差運動の精密測量で時間対称性の破れが見える？
スピン、運動量は時間反転で符号を変える 磁気モーメント ミューオンが水分子のように分極? 内部構造? 電荷分布は時間反転しない。 左右のミューオンは別物!? 電気モーメント　EDM 1mrad (0.006度)傾く 目標　10E-21 [e.cm] 過去の実験　EDM< 10E-19 [cm]

6 g-2/EDM実験の紹介(2) (C) Hライン関係の新しい技術開発 極冷偏極ミュオンビーム生成 ミューオンビーム加速器
MRI技術を応用した精密磁場調整(<0.1ppm) 直径66cm小型蓄積リングへの入射ビーム軌道制御 (A) (B) (D)

7 g-2/EDM実験の紹介(3) 先行実験(BNL/E821)との違い:蓄積リングをコンパクトにし、磁場制御の精度向上
半径7m, =29.3, B=1.45[T] 貯蔵リングは12分割構造 BNL E821実験 半径0.33m, =3, B=3[T]　 一体型貯蔵リング構造 0.66m + BNL/E821実験 J-PARC新実験 0.54ppmで計測、標準理論と3のズレ 精密磁場体積はE821実験の460分の１！ 超精密磁場を乱さずに、どうやって直径66cm小型貯蔵リングにビームを入射するか？ 極冷偏極ミュオンビーム生成 ミューオンビーム加速器 MRI技術を応用した精密磁場調整(<0.1ppm)

8 2次元軌道 g-2/EDM実験の紹介(4) 3次元らせん軌道入射の開発 コンパクト強磁場リングへの水平入射は技術的に難しい:
66cm コンパクト強磁場リングへの水平入射は技術的に難しい: 3[T] 磁石のフリンジフィールドをキャンセル １ターン以内に水平キック(~ 60 mrad) 7.4nsec 貯蔵空間の磁場に影響なし！ らせん軌道入射 インフレクター ソレノイド径方向磁場で垂直運動量を水平方向に変える + EDM測定のため、0.1mrad以内で軌道平面制御 2次元軌道 貯蔵リング平面 垂直方向キック 貯蔵リング平面 概念設計をTechnical Design Reportにまとめ、2015年5月にJ-PARC PAC提出 ３次元らせん軌道ビーム入射のためのパルス状磁場発生装置の開発 　　　　　(若手B:2011年4月～2014年3月) ソレノイド型蓄積磁石への3次元らせん軌道によるビーム入射の実証試験 　　　　　 (基盤B:2014年4月～2018年3月) 科研費サポートで独自研究

9 私の担当：ソレノイド型蓄積磁石への3次元らせん軌道によるビーム入射の実証試験
ミューオンではなく、100keV電子銃ビームを使用 Example shot in Argon gas. 蓄積槽の中のイメージ(OPERA計算) beam 3次元らせん軌道入射手法の実証実験は挑戦しがいのあるテーマ！ Bend magnet

10 本番実験とテスト実験の比較、テスト実験の予定
テスト実験の特徴 1/3 スケールだが、弱収束システム、垂直キッカーシステムを持ち、本番同様の制御試験が可能 蓄積槽は乾燥窒素を入れ、電子ビームがガスを電離しながら入射する様子を直接見れる! 電子ビームはミューオンより長生きなので扱いやすい original Test experiment Center magnetic field [T] 3 0.0102 Beam particle Positive  electron Momentum [MeV/c] 300 0.112 Beam size [rad-m] 1.5×10-6 3×10-7 X-Y coupling yes non Cyclotron period [nsec] 7.4 2.4 Radius [m] 0.33 0.115 2015 蓄積槽直前までのビームラインで試運転中 秋口には、蓄積槽まで入射予定 弱収束磁場を変えて蓄積を試みる 2016 垂直キッカーのインストール 弱収束磁場とキッカーパラメータ調整 ビームのバンチ化 2017 入射効率のスタディー 2018….. 2014/11/7

11 テストベンチ組み立ての様子 2014Oct. 2014Oct. 2015Apr. 2014Dec.
E-gun HV commissioning is done. Stable operation at 115kV for several hours! 2014Oct. 2014Oct. After field measurement, mini solenoid magnet was installed! Beam line components are installed 2015Apr. 2014Dec.

12 コラボレーター紹介 BNL/g-2実験の主メンバー ビーム輸送専門家 真空専門家 電子銃専門家
2015年10月より国費留学生（パキスタン人）を受け入れます。 日立研究所と共同研究 電磁石メーカ SLACから見学者 精密磁場調整(シム)

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14 どうやってaとEDMを分離するか？ EDM測定のキモは、ミューオンビーム軌道制御！！ example
動径方向電場に対する陽電子の放出角度の時間変動に現れる。 EDM測定のキモは、ミューオンビーム軌道制御！！ Let’s think of EDM is finite value, say 2 times 10 to the minus 20. If we take up-down time spectra separately, we can see such plots. EDM effect appears in amplitude of the up-down asymmetry. This amplitude can be calculated by analytically, and consistent with this simulation result. In this way, we can measure EDM effect and extract pure g-2 effect from precession frequency. These two wiggles are our goal plots.

15 スピンで離散対称性を探る 反物質 空間反転対称性P 荷電共役対称性C 質量は同じで電荷が逆符号 電子と陽電子、陽子と反陽子
ネーターの定理「対称性があれば保存則がある。」 　運動量とエネルギー保存則空間と時間の等質性、 　角運動量の保存空間回転対称性 　連続変換対称性について成り立つ。 素粒子の世界（量子化）では離散対称性：成り立たない。 反物質 空間反転対称性P　 荷電共役対称性C 質量は同じで電荷が逆符号 電子と陽電子、陽子と反陽子 右巻きと左巻きの入れ替え(spin) C 弱崩壊 右巻きと 左巻きを区別 P P C 弱い相互作用で破れている。 CP対称性 CP対称性が保たれていれば、右の崩壊は起こらない。しかし、2/1000の割合で起こることが実験で発見された！(1964) 弱崩壊 弱い相互作用のCP対称性の破れクォーク3世代あれば説明がつく。(小林・益川理論、KEK-B factory) C= 1 P= -1 CP= -1 C=1 P=1 CP=1 CP対称性の破れ時間対称性(T)の破れ

16 RHICスピンプログラム 絶対偏極度 物理動機 核子の静的構造は3つのクォークでうまく説明
スピンに関してはクォークが20-30%しか担っていない(スピンクライシス、スピンパズル) 残りのスピン成分はグルーオンが担っている？ 私のやったこと 絶対偏極度計の開発、運用の実用化 全ての物理結果は、ビーム偏極度で規格化しないと物理量にならない。 絶対偏極度 Phys. Rev. Lett. 103, (2009) 16

17 水素ガスジェット偏極度計 衝突点から左右に80cm離れた地点にシリコン検出器を設置し0.7～20MeV反跳陽子を検出する。7MeV以上は突き抜けてしまう！（解析で苦労した。） 高さ：3.5 m、重さ：3トン ガス標的速度 156060 m/sec ガス標的サイズ ~ 2.9mm (RHICビームサイズ  ~1mm) ガス標的偏極度　92.4 1.8% 反跳陽子の反跳角度Rと エネルギーTRとToFを計測 反跳陽子