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論文

Equivariant transformer is all you need

富谷 昭夫*; 永井 佑紀

Proceedings of Science (Internet), 453, p.001_1 - 001_7, 2024/11

機械学習、ディープラーニングは、格子系の計算物理学を加速させてきた。対称性に対する同変性は、機械学習モデルによって記述される確率分布に強い帰納バイアスを課すため、物理系のシミュレーションには不可欠である。しかし、モデルに対称性を課すことは、自己学習モンテカルロ法(SLMC)において、時に低いアクセプト率を引き起こす。一方、GPTのようなトランスフォーマーで用いられるアテンション機構は、大きなモデルキャパシティを実現する。そこで、我々は、対称性に対する同変性を持ったアテンション機構をSLMCに導入する。我々のアーキテクチャを評価するために、2次元格子上のスピン-フェルミオンモデルに適用を行った。その結果、線形有効モデルを使ったSLMCのアクセプト率を改善し、アクセプト率のスケーリング則を観測した。

論文

Impact of using JENDL-5 on neutronics analysis of transmutation systems

菅原 隆徳; 国枝 賢

Proceedings of International Conference on Mathematics and Computational Methods Applied to Nuclear Science and Engineering (M&C 2023) (Internet), 7 Pages, 2023/08

本研究は、核データライブラリをJENDL-4からJENDL-5に変えることによる核変換システムの核解析への影響を検討した。核変換システムとして、JAEAが検討している鉛ビスマス冷却型加速器駆動システム(ADS)と溶融塩塩化物ADSであるMARDSを対象とした。JAEA-ADSの解析では、JENDL-4からJENDL-5に変更することで、実効増倍率が189pcm増加した。様々な核種の改訂が影響していたが、例えば$$^{15}$$Nに着目した場合、その弾性散乱断面積や弾性散乱微分断面積の改訂が大きな影響を与えていた。MARDSに関しては、$$^{35}$$Clおよび$$^{37}$$Clの断面積改訂が、実効増倍率の大きな違いの原因となっていた。例えば、天然の塩素組成を用いた場合、JENDL-5に変更することで3819pcm実効増倍率が増加した。本研究を通じて、核変換システムの解析結果は、核データライブラリの違いによって、未だに大きな違いが生じることを示した。

論文

A Functional expansion tally method with numerical basis sets generated by singular value decomposition for one-dimensional Monte Carlo calculations

近藤 諒一; 長家 康展

Proceedings of International Conference on Mathematics and Computational Methods Applied to Nuclear Science and Engineering (M&C 2023) (Internet), 10 Pages, 2023/08

特異値分解で作成した数値的な基底関数を用いた関数展開タリー法を新たに提案する。従来では解析的な関数が用いられてきた。例えば、一次元分布に対してはルジャンドル多項式が用いられてきた。しかしながら、このような関数を用いると急峻で複雑な分布を再構成に必要な展開次数が大きくなり得る。少ない計算コストで高精度な計算を達成するためには、対象の分布を低次の展開でよく表現するような基底関数が望まれる。本研究では、特異値分解で得られたスナップショットデータから数値的な基底関数を作成する。本手法は、低次元化モデルに基づき、これを関数展開タリー法に適用したものである。計算結果から手法の適用性が示された。一方で、スナップショットデータの離散化などの課題が明らかとなった。

論文

Casimir effect for fermions on the lattice

中山 勝政*; 鈴木 渓

Proceedings of Science (Internet), 430, p.379_1 - 379_9, 2023/04

本来のカシミール効果は連続時空上に存在する量子場から創発する物理現象であり、理論的にも信頼性の高い定式化が達成されているが、「格子」上に定義された空間(例えば、固体の結晶構造など)において、カシミール効果に相当する物理現象を定式化し、その性質を明らかにすることは重要なテーマである。本会議録では、格子上の様々な量子場に起因するカシミール効果の性質に関する近年の研究成果について報告する。まず、格子空間上のカシミールエネルギーを定義し、格子上のフェルミ粒子の一種であるウィルソン・フェルミオンによるカシミール効果が連続時空上のディラック粒子によるものと極めて似た性質となることを示す。さらに、Cd$$_3$$As$$_2$$やNa$$_3$$Biなどのディラック半金属を記述する有効ハミルトニアンを用いた解析により、この系のカシミールエネルギーが半金属薄膜の厚さの関数として振動することを示す。また、電子系に磁場をかけることで生じるランダウ量子化による影響や格子上の非相対論的量子場によるカシミール効果の性質についても報告する。

論文

New design of a delayed gamma-ray spectrometer for safeguards verification of small mixed nuclear material samples

Rossi, F.; 小泉 光生; Rodriguez, D.; 高橋 時音

Proceedings of 2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference (2022 IEEE NSS MIC RTSD) (Internet), 2 Pages, 2022/11

To address challenges in the safeguard field for the verification of mixed nuclear materials, the Japan Atomic Energy Agency is developing the Delayed Gamma-ray Spectroscopy non-destructive assay technique. Minimally, this technique requires an external source to induce fission in the sample and a gamma-ray detector to collect the high-energy gamma rays emitted from the decay of fission products. In the development of this technique, deuterium-deuterium neutron generators will replace $$^{252}$$Cf as the external neutron source. The emitted neutrons are then slowed down in the thermal energy range to enhance the delayed gamma-ray signature coming from the fissile nuclides in the sample. The fission product delayed gamma rays with energy above 3 MeV are then collected with a detector located away from the irradiation position to avoid neutron damage. The collected spectrum is then analyzed, and the peak ratios are used to verify the initial composition of the fissile nuclides. Further, source monitors are required to normalize for the source emission to estimate the fissile mass of the sample. In this work, we will first describe our latest development in designing a delayed gamma-ray spectrometer for small mixed nuclear material samples. We will present latest results obtained from activation experiment and neutron detector characterization. Finally, we will present the usage of a new transfer system designed, fabricated, and tested at the Japan Atomic Energy Agency laboratories. This work is supported by MEXT under the subsidy for the "promotion for strengthening nuclear security and the like". This work was done under the agreement between JAEA and EURATOM in the field of nuclear material safeguards research and development.

論文

Data acquisition and display module for time-of-flight neutron measurement

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference (2022 IEEE NSS MIC RTSD) (Internet), 3 Pages, 2022/11

飛行時間法を用いるパルス中性子散乱実験用のリアルタイムデータ表示,保存機器を開発した。開発したモジュールは二次元中性子検出器からの実験データ(二次元イメージ,一次元投影イメージ,TOFスペクトル,カウントデータ等)をリアルタイムで表示することができる。モジュールには標準モードと高速モードの2つの動作モードが備わっている。高速モードではモジュール内の動作を限定することで高速動作を実現しており、大強度の中性子測定においては有用な動作モードである。中性子検出器からの出力信号を模擬したテスト信号を用いて動作試験を行ったところ、通常モード,高速モードでそれぞれ1MHz, 1.6MHzの連続信号を計数損失なしで測定できることを確認した。

論文

Evaluation of detector performances of new thin position-sensitive scintillation detectors for SENJU diffractometer

中村 龍也; 藤 健太郎; 小泉 智克; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 海老根 守澄; 坂佐井 馨

Proceedings of 2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference (2022 IEEE NSS MIC RTSD) (Internet), 2 Pages, 2022/11

J-PARC物質・生命科学実験施設に設置されたSENJU回折計用として、新たに薄型の位置敏感シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器は既設のオリジナル検出器と同等の有感面積(256$$times$$256mm)とピクセル分解能(4$$times$$4mm)を保持しつつ、奥行きは12cm(オリジナルの40%)の薄型へと改良した。製作した6台の検出器はいずれも検出効率60%(2A)、計数均一性5-8%と良好な性能を示した。現在、これらの検出器はビームライン内の回折計に装填されており、数か月の安定動作が確認されている。

論文

What is chiral susceptibility probing?

青木 慎也*; 青木 保道*; 深谷 英則*; 橋本 省二*; Rohrhofer, C.*; 鈴木 渓

Proceedings of Science (Internet), 396, p.050_1 - 050_9, 2022/07

量子色力学(QCD)の黎明期においては、グルーオン場のトポロジカルな励起を通して軸性U(1)異常が$$SU(2)_Ltimes SU(2)_R$$カイラル対称性の破れのトリガーとなることが期待されていた。しかし、そのような効果を格子シミュレーションを用いて定量的に検証することは近年まで困難であった。本研究では、格子上でのカイラル対称性を厳密に保つフェルミオン定式化を用いて、QCDの高温領域の数値シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、格子上のカイラル対称性が満たされていることにより、スカラーおよび擬スカラーチャネルの感受率の中から軸性U(1)対称性の破れに起因する寄与を分離することが可能となる。2フレーバーQCDにおける結果は、$$Tge 165$$MeVの温度領域におけるカイラル感受率が、軸性U(1)対称性の破れによって支配されていることを示唆している。

論文

Axial U(1) symmetry at high temperatures in $$N_f=2+1$$ lattice QCD with chiral fermions

青木 慎也*; 青木 保道*; 深谷 英則*; 橋本 省二*; 金森 逸作*; 金児 隆志*; 中村 宜文*; Rohrhofer, C.*; 鈴木 渓

Proceedings of Science (Internet), 396, p.332_1 - 332_7, 2022/07

高温QCDにおける軸性U(1)異常の振る舞いはQCDの相図を理解するために重要である。JLQCD Collaborationによる以前の研究では、ドメインウォール・フェルミオンや(再重み付け法によって得られる)オーバーラップ・フェルミオンのような動的なカイラルフェルミオンを用いて2フレーバーQCDの高温相のシミュレーションを行った。本研究では、このシミュレーションを2+1フレーバー動的クォークを含む系へと拡張する。ここで、アップ、ダウン、ストレンジクォークは物理点近傍の質量をとし、2+1フレーバーQCDの擬臨界温度近傍、あるいはやや高い温度でシミュレーションを行う。本講演では、このシミュレーションから得られたディラックスペクトル、トポロジカル感受率、軸性U(1)感受率、ハドロン相関関数の結果を報告する。

論文

The Phi meson in nuclear matter in a transport approach

Gubler, P.

Proceedings of Science (Internet), 380, p.215_1 - 215_5, 2022/05

最近の研究成果に基づき、有限密度における$$phi$$メソンを実験的に調べるためのpA(p:陽子、A:原子核)反応の数値シミュレーションについて解説する。特に、$$phi$$メソンのスペクトル関数の核物質中における変形が実験的に観測されるdi-leptonのスペクトルにいかに反映されるかについて詳しく議論する。

論文

Status and prospects of the LHCf and RHICf experiments

毛受 弘彰*; 谷田 聖; 他31名*

Proceedings of Science (Internet), 395, p.301_1 - 301_9, 2022/03

Precise understanding of hadronic interactions at high energies is a key to improve mass composition measurements of very high energy cosmic-rays and to solve the muon excess issue observed in high energy cosmic-ray experiments using an air-shower technique. The LHCf and RHICf experiments measures the differential production cross sections of very forward neutral particle as photons, neutral pions and neutrons at LHC and RHIC, respectively. These data are critically important to test and tune hadronic interaction models used for air-shower simulations. In this presentation, we introduce the recent results of both the experiments as well as our future operation plans. LHCf published an updated result of forward neutron measurement at $$pp$$, $$sqrt{s} = 13$$ TeV. From the observed neutron energy spectra, we also obtained the average inelasticity, which is one of the key parameters for air shower development, as $$0.536^{+0.031}_{-0.037}$$. In addition, several analysis are on-going; neutral pion measurement at $$pp$$, $$sqrt{s} = 13$$ TeV, central-forward correlation analysis with LHCf+ATLAS, photon measurement by RHICf. LHCf plans to have operations at $$pp$$ and $$p$$O during the LHC-Run3 period. At $$pp$$ collisions, new silicon readout system will be introduced to improve the read-out speed, and 10 times more statistics of the previous operation in 2015 will be obtained. Thanks to high statistics, rare particles such as $$eta$$, $$K^0_s$$ and $$Lambda$$ will be addressed also. We also plan another operation at RHIC in 2024 with a new detector. The detector, a calorimeter composed of tungsten, Si pad and pixel layers, will have a much wider acceptance and higher sensitivity of $$K^0_s$$ measurement than the current detector.

論文

The Energy spectrum of forward photons measured by the RHICf experiment in $$sqrt{s}$$ = 510 GeV proton-proton collisions

佐藤 健太*; 谷田 聖; 他19名*

Proceedings of Science (Internet), 358, p.413_1 - 413_8, 2021/07

The Relativistic Heavy Ion Collider forward (RHICf) experiment aims at understanding the high-energy hadronic interaction by measuring the cross sections of very forward neutral particles in proton-proton collisions at $$sqrt{s}$$ = 510 GeV. For the analysis of the photon measurement, the trigger efficiency and the particle identification performance are studied by using the Monte Carlo simulation data and the experimental data. In the RHICf operation, two kinds of trigger modes (Shower, HighEM) were implemented. The trigger efficiency of the Shower trigger is 100% for photons with the energies more than 20 GeV. The HighEM trigger is designed to detect high energy photons effectively, and the trigger efficiency of the HighEM trigger is 90% for photons with the energies more than 130 GeV. The correction factor for the photon identification is calculated by using the efficiency and purity. It is found that this correction does not make a sizeable effect on the shape of the energy spectrum because the energy dependency of the factor is small.

論文

Gamma-ray observations at the coastal area of Japan Sea in winter seasons

土屋 晴文; 榎戸 輝揚*; 和田 有希*; 古田 禄大; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 楳本 大悟*; 牧島 一夫*; GROWTH Collaboration*

Proceedings of Science (Internet), 358, p.1163_1 - 1163_6, 2021/07

Since 2006, the GROWTH experiment has been successfully operating at the coastal area of Japan Sea. The GROWTH experiment aims at elucidating how particles in lightning and thunderclouds are accelerated to relativistic energies to produce gamma rays and occasionally neutrons. According to observations done by the GROWTH experiment, it is found that there are two types of radiation bursts associated with winter thunderstorms. One is long bursts lasting for a few tens of seconds to a few minutes, being not clearly related to lightning. The other is short bursts in association with lightning. To better understand the production mechanism of these radiation bursts, we have developed a small-type of radiation detectors and increased observational points with the new detectors. In this presentation, we show an overview of observations done by the GROWTH experiment. Then we focus on recent several findings observed by the new detectors. One, which is categorized into long bursts, implies a relationship between a long burst and an intra/inter-cloud discharge. Another is a combination of short bursts and long ones, showing simultaneous detections of prompt gamma rays extending up to 10 MeV and the 511-keV annihilation ones. These gamma-ray signals demonstrate the occurrence of photonuclear reactions in lightning. Based on these results, we discuss the production mechanism of gamma rays related to thunderstorms.

論文

Axial U(1) symmetry and mesonic correlators at high temperature in $$N_f=2$$ lattice QCD

鈴木 渓; 青木 慎也*; 青木 保道*; Cossu, G.*; 深谷 英則*; 橋本 省二*; Rohrhofer, C.*

Proceedings of Science (Internet), 363, p.178_1 - 178_7, 2020/08

本研究では、$$N_f=2$$の動的なメビウス・ドメインウォール・フェルミオンを含む格子QCDの数値シミュレーションによって、QCDの高温相における軸性$$U(1)$$対称性、オーバーラップ・ディラック演算子のスペクトル、メソン相関関数に対する遮蔽質量、トポロジカル感受率などの物理量を調べた。これらの中でいくつかの物理量は(格子上の)カイラル対称性の僅かな破れに敏感であるため、そのような物理量に対してはメビウス・ドメインウォール・フェルミオンからオーバーラップ・フェルミオンへの再重みづけを行った。さらに、有限体積効果を検証するために複数の体積でのシミュレーションも行った。T=220MeV以上の高温領域におけるカイラル極限(クォーク質量がゼロの極限)近傍の結果は、軸性U(1)異常の強い抑制を示唆している。

論文

Symmetries of the light hadron spectrum in high temperature QCD

Rohrhofer, C.*; 青木 保道*; Cossu, G.*; 深谷 英則*; Gattringer, C.*; Glozman, L. Ya.*; 橋本 省二*; Lang, C. B.*; 鈴木 渓

Proceedings of Science (Internet), 363, p.227_1 - 227_7, 2020/08

量子色力学(QCD)の高温領域における性質は、カイラル対称性に関するクロスオーバー温度近傍において劇的に変化し、これまでに$$U(1)_A$$感受率,トポロジカル感受率,メソンスペクトルなどの物理量が調べられてきた。加えて、そのような高温領域における(核子などの)バリオンスペクトルの性質は、そのパリティ二重項構造に関連して注目されてきた。本研究では、格子QCDの数値シミュレーションによって、バリオンスペクトルにおけるカイラル対称性や$$U(1)_A$$対称性について調べる。ここでは、2フレーバーの動的なドメインウォール・フェルミオンを含むゲージ配位を用いて、臨界温度以上の高温相における体積依存性やクォーク質量依存性を検証する。さらに、高温相の相関関数においてemergentに現れる$$SU(4)$$対称性や$$SU(2)_{CS}$$対称性について議論を行う。

論文

Development of the neutron polarizer for the T-violation search using compound nuclei

奥平 琢也; 奥 隆之; 酒井 健二; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 加倉井 和久*; 相澤 一也; 清水 裕彦*; et al.

Proceedings of Science (Internet), 356, p.029_1 - 029_5, 2019/12

共通技術開発セクションでは、J-PARC物質・生命科学実験施設の大強度中性子を活用するために、偏極中性子デバイスの一つである$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発を行なっている。$$^{3}$$Heスピンフィルターの性能評価の一つの手段に、基礎物理分野での応用・評価があり、基礎物理実験も活用している。現在の物質優勢宇宙を説明するためには時間反転対称性の破れが不可欠であり、世界中で時間反転対称性の破れの探索実験が行われている。その一つに偏極中性子と原子核を使用して対称性の破れを測定する方法があり、J-PARCの大強度中性子を用いた時間反転対称性の破れ探索が計画されている。本計画では1eV程度のエネルギーの高い中性子を偏極するための従来にない巨大な$$^{3}$$Heスピンフィルターを開発する必要があり、原子力機構にて開発が行われている$$^{3}$$Heスピンフィルターの性能評価の良い検証となる。現在、偏極率の精度の良い評価システムや$$^{3}$$Heスピンフィルター製作のための真空システムの構築を行い、熱外中性子偏極のための大型スピンフィルターの開発を継続している。本発表では$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発の現状について発表する。

論文

Performance evaluation of differential die-away system in an integrated active neutron NDA system for nuclear non-proliferation and nuclear security

大図 章; 前田 亮; 米田 政夫; 藤 暢輔

Proceedings of 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2018) (Internet), 4 Pages, 2019/10

A Differential Die-away Analysis (DDA) system using a compact pulsed neutron (DT: 14 MeV) generator has been successfully developed for nuclear non-proliferation and nuclear security in the Japan Atomic Energy Agency. The DDA system employing the fast neutron direct interrogation method is designed to quantify fissile materials in samples which have different volume from a vial bottle (4 cc) to pail container (20 liter). It has been demonstrated experimentally that the DDA system is capable of quantifying a nuclear fissile material (Pu-239) less than 10 mg in a vial bottle. The performance of the DDA system with a large measurement sample such as a MOX can container (2 liter) was evaluated through the Monte Carlo simulation studies. The simulation results show that the Pu-239 mass of around 10 mg even in the MOX can container can be detected. The results of the simulation study are discussed and compared to those of the experimental test.

論文

A Submillimeter spatial resolution scintillation detector for time-of-flight neutron diffraction imaging

中村 龍也; 川崎 卓郎; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2018) (Internet), 3 Pages, 2019/10

パルス中性子を用いた回折イメージングのためのサブmm空間分解能をもつシンチレータ検出器を開発した。検出ヘッド部は薄型のZnS/$$^{6}$$LiFシングルシンチレータと直径0.1mmの波長シフトファイバにより構成し高い位置分解能を実現した。有感面積24$$times$$24mm$$^{2}$$を有するプロトタイプ検出器の性能は分解能0.20および0.16$$pm$$0.06mm(x、y方向)、検出効率7%、$$^{60}$$Co $$gamma$$線感度10$$^{-6}$$である。本報では検出器の設計詳細とJ-PARC MLFにおける回折イメージング実験例を紹介する。

論文

Towards understanding the $$phi$$ meson in nuclear matter with finite momentum

Gubler, P.

Proceedings of Science (Internet), 336, p.207_1 - 207_7, 2019/09

本講演では最近の発表論文に基づき、核物質における有限運動量を持つ$$phi$$メソンの振る舞いについての進捗状況について報告する。J-PARCのE16実験などとの関連についても議論する。

論文

Prospects for the spin structure study of hyperons using heavy quark decays at Belle II

谷田 聖

Proceedings of Science (Internet), 346, p.118_1 - 118_6, 2019/08

The Belle II experiment is a substantial upgrade of the Belle detector and will operate at the SuperKEKB energy-asymmetric $$e^+ e^-$$ collider. The accelerator has already successfully completed the first phase of commissioning in 2016 and first electron positron collisions in Belle II were obtained on April 26, 2018. The design luminosity of SuperKEKB is $$8 times 10^{35}$$ cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$ and the Belle II experiment aims to record 50 ab$$^{-1}$$ of data, a factor of 50 more than the Belle experiment. In this talk, we will explain the idea of a hyperon spin structure study using heavy quark decays: In weak decays of heavy quarks, the daughter quarks are highly polarized. On the other hand, one can naively expect that the fraction of the baryon spin carried by a quark is equal to the polarization transfer of the quark to the baryon. In this way, one can experimentally determine the spin structures of hyperons in decays of heavy quarks. Spin structures of ground state hyperons (i.e., $$Lambda$$ and $$Sigma$$) are interesting in the context of the proton spin structure puzzle. In addition, excited states can be also studied to identify exotic hyperons. Especially in $$Lambda(1405)$$, a two pole structure may be seen as a mass dependence of the polarization.

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