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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, 6 Pages, 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, 7 Pages, 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, 7 Pages, 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, 5 Pages, 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 (IEEE 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

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

Gubler, P.

Proceedings of Science (Internet), 336, 7 Pages, 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, 6 Pages, 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.

論文

Establishment of a novel detection system for measuring primary knock-on atoms

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。

論文

Development of differential die-away technique 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; 小泉 光生; 瀬谷 道夫

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 4 Pages, 2018/11

A Differential Die-away Analysis (DDA) system using a compact pulsed neutron (14 MeV) generator has been newly developed for non-nuclear proliferation and nuclear security in the Japan Atomic Energy Agency (JAEA). The DDA system was designed to be able to detect a nuclear fissile material (Pu-239) of as low as 10 mg and to handle samples of a different volume: a vial bottle (20 mL), a pail container (20 L), through a Monte Carlo simulation. In the DDA system, the Fast Neutron Direct Interrogation (FNDI) technique, which utilizes fast neutrons for interrogation, was applied to measure the amount of fissile mass contained in the sample. The fundamental performance of the DDA system was investigated in the demonstration experiment. The simulation results show that the Pu-239 masses of less than 10 mg can be detected in the DDA system. The results of the experiment are discussed and compared with those of the simulation.

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy inverse Monte Carlo analysis method for nuclear safeguards nondestructive assay applications

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

The JAEA and EC JRC are collaborating to improve the ability to quantify the uranium and plutonium content of highly radioactive and mixed nuclear material for nuclear safeguards verification. A separate program focuses on improving the capability to measure, analyze, and predict the delayed gamma-ray spectrum used to determine the nuclide ratios within a sample. Measurements performed at the JRC-Ispra are used to correlate the observed DGs to the composition that are then used to calibrate a DG Monte Carlo. The MC has the ability to predict expected DGs, provide a sensitivity analysis to optimize future measurements, and can be used to analyze a spectrum using an inverse MC technique. Analyzing MC with this IMC analysis provides a way to determine systematic uncertainty as well as statistical uncertainty when multiple measurements are not feasible. This work will describe the efforts to develop the DGSMC and how it will be utilized for current and future applications.

論文

Development of radiation resistant monitoring camera system

武内 伴照; 大塚 紀彰; 渡辺 恭志*; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

福島第一原子力発電所事故の教訓から、過酷事故時の環境でも原子炉建屋内の監視が可能な耐放射線性カメラシステムの開発を開始した。本研究は、カメラを構成する部品の要素技術開発を行い、カメラシステムの試作・性能を評価した。まず、要素技術開発として放射線環境下において100Gy未満で使用不能となるイメージセンサの劣化主因が暗電流増加であることを明らかにし、トランジスタの数を4つから3つに減らすとともに光電変換構造としてフォトゲート型を採用することで暗電流の軽減を図った。その結果、イメージセンサの耐放射線性は200kGy以上にまで向上した。また、光学系については、石英とフッ化カルシウムを用いた耐放射線プリズムとズームレンズにすることにより、1MGy照射後においても十分な性能を有することを示した。一方、その他の電子部品については、100kGy未満で故障するものもあり、一部に遮蔽構造を採用した。これらの結果を踏まえ、開発したカメラシステムが900kGy以上の照射線量でも良好な画像を取得できることを明らかにした。

論文

Evaluation of in-water wireless transmission system under the conditions simulated the severe accident

大塚 紀彰; 武内 伴照; 土谷 邦彦; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

原子力発電所の監視システム高度化の一環として、過酷事故時に使用済み燃料プール内の温度,水位などの測定データを送受信できる水中無線伝送システムの開発を行っている。過酷事故時における水中環境を想定した本システムは、使用済燃料から放出される放射線及び熱に対する耐性を有するとともに、気泡、濁り及び障害物を伴う水中環境での伝送精度の向上が要求される。本研究では、高い耐熱性及び耐放射線性を有する本システムの構成部品の選定を行い、気泡,濁り及び障害物の影響を補正するためのインターリーブとトラッキングを用いた画像解析手法の開発も行った。これらの要素開発に基づいたシステムを試作し、その性能を評価した。その結果、試作したシステムは100$$^{circ}$$Cの環境下で100時間及び照射量1MGyまで使用可能であった。また、気泡,濁度及び障害物の下でも測定データを高精度に伝送できることが分かった。

論文

Measurement of very forward particle production at RHIC with $$sqrt s=$$ 510 GeV proton-proton collisions

さこ 隆志*; 谷田 聖; 他20名*

Proceedings of Science (Internet), 301, 8 Pages, 2018/07

The Relativistic Heavy Ion Collider forward (RHICf) experiment has measured neutral particles produced in the very forward direction in the $$sqrt s=$$ 510 GeV proton-proton collisions at RHIC in June 2017. The production cross sections of these particles are crucial to understand the hadronic interaction relevant to the air shower development at the cosmic-ray equivalent energy of $$1.4times 10^{14}$$ eV, just below the energy of the knee. Together with the data at LHC, accelerator data can cover the interaction in the cosmic-ray energy of 10$$^{14}$$ eV to 10$$^{17}$$ eV. In addition, RHICf is able to improve the former measurements of single-spin asymmetry in the polarized proton-proton collisions that is sensitive to the fundamental process of the meson exchange. Common data taking with the STAR experiment will shed light on the unexplored low mass diffraction process.

論文

Theoretical analysis on the $$K^{-3}$$He $$rightarrow Lambda pn$$ reaction for the $$bar{K} N N$$ bound-state search in the J-PARC E15 experiment

関原 隆泰; Oset, E.*; Ramos, A.*

Proceedings of Science (Internet), 310, 5 Pages, 2018/03

In this contribution we theoretically investigate what is the origin of the peak structure observed in the E15 experiment at J-PARC. Since the peak exists near the $$K^{-} p p$$ threshold, we expect two scenarios to produce the peak. One is that the $$Lambda (1405)$$ is generated but it does not correlate with $$p$$, and the uncorrelated $$Lambda (1405)$$-$$p$$ system subsequently decays into $$Lambda p$$. The other is that the $$bar{K} N N$$ quasi-bound state is indeed generated and decays into $$Lambda p$$. We calculate the $$Lambda p$$ invariant mass spectrum of the reaction with these two scenarios and compare it with the experimental one to interpret the experimental peak structure.

論文

Prospect of heavy-ion collision experiments at J-PARC

佐甲 博之

Proceedings of Science (Internet), 311, 10 Pages, 2018/01

In order to explore phase structures in high-baryon density regime of the QCD phase diagram and study dense quark/hadronic matter which may exist in the core of neutron stars, we proposed a heavy-ion program at J-PARC (J-PARC-HI). In heavy-ion collisions at J-PARC (1-19 AGeV/c), the maximum baryon density reaches 5-10 times the normal nuclear density. We designed heavy-ion acceleration scheme at J-PARC. A heavy-ion beam will be produced in a new heavy-ion injector (a linac and a booster ring) and accelerated in the existing 3-GeV and 50-GeV synchrotrons (Rapid-Cycling Synchrotron and Main Ring). We designed a multi-purpose large acceptance Toroidal magnet spectrometer for lepton, photon, and hadron measurements. We also designed a spectrometer which measures hadrons and nuclei only around beam rapidity region to search for various hypernuclei and strangelets. The latter spectrometer could accept the full beam intensity of J-PARC. In this talk, physics goals, experimental design of the spectrometers, and expected physics results will be discussed.

論文

Two-body wave functions, compositeness, and the internal structure of dynamically generated resonances

関原 隆泰; 兵藤 哲雄*; 慈道 大介*; 山縣(関原) 淳子*; 安井 繁宏*

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/05

In this contribution, I introduce the physical meaning of the compositeness, its expression, and theoretical evaluation in effective models. In particular, we show that the two-body wave function of the bound state corresponds to the residue of the scattering amplitude at the bound state pole, which means that solving the Lippmann-Schwinger equation at the bound state pole is equivalent to evaluating the two-body wave function of the bound state. Then, we evaluate the compositeness for the so-called dynamically generated resonances in the chiral unitary approach, such as $$Lambda (1405)$$, $$N (1535)$$, and $$N (1650)$$, and investigate their internal structure in terms of the hadronic molecular components.

論文

Baryon spectroscopy in $$(pi,2pi)$$ reactions with 10$$^{6}$$Hz pion beams at J-PARC

佐甲 博之; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 裕大; 今井 憲一; Hicks, K.*; Ahn, J. K.*; Kim, S. H.*; Lee, J. W.*; Hwang, S. H.*

Proceedings of Science (Internet), 5 Pages, 2017/05

バリオン励起状態(N$$^{*}$$,$$Delta^{*}$$)は長年にわたって研究されてきたが、その性質や質量スペクトルに関する我々の知見は大変限られている。最近、Dynamical-Couple Channel (DCC)模型の発展により、$$(pi,2pi)$$反応がこれらの励起状態に大きく寄与することが分かってきた。しかしながら、$$(pi,2pi)$$反応データは1970年代に測定された24万事象に限られており、決定的に不足している。そのため、我々はJ-PARCにおいて統計を二桁上げるE45実験を提案した。この実験においては、$$10^6$$Hzの$$pi$$ビームを用いて超電導Helmholtz型双極磁石に設置したTime Projection Chamberでこれらの反応を測定する。これらの測定をビーム運動量を細かく変えながら高統計で測定する。本発表では実験の設計と準備状況、シミュレーションの結果を報告する。

論文

Observation of $$Xi$$ bound states in the $$^{12}$$C$$(K^-,K^+)X$$ reaction at 1.8 GeV/$$c$$ in J-PARC

永江 知文*; 江川 弘行; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 裕大; 今井 憲一; 佐甲 博之; 佐藤 進; 杉村 仁志; 谷田 聖; et al.

Proceedings of Science (Internet), 7 Pages, 2017/05

We have carried out a pilot data taking of the J-PARC E05 experiment to search for the bound state peaks of $$^{12}_{Xi}$$Be in the $$^{12}$$C$$(K^-,K^+)X$$ reaction at 1.8 GeV/$$c$$. The measurement was performed at the K1.8 beam line of the J-PARC hadron experimental hall with a typical $$K^-$$ beam intensity of $$6 times 10^5$$ every six seconds. So far the best energy resolution of about 6 MeV FWHM was achieved with the existing SKS spectrometer. With a reasonable statistics, we have succeeded to observe peak structures in the bound region, which seems to suggest that the potential depth of $$Xi$$ would be deeper than 14 MeV estimated in the previous measurements.

論文

Multidimensional structure of chiral crystals in quark matter

Lee, T.-G.*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/05

We discuss the possibility of a multidimensional structure of inhomogeneous chiral condensates, which might be realized in cold and dense quark matter or the core of compact stars. For one-dimensional structures, the system becomes unstable at finite temperature due to the Landau-Peierls instability attributed to the excitation of the Nambu-Goldstone modes, with the result that there is no long-range order, while quasi-long-range order is realized instead. On the other hand, chirally inhomogeneous phases with two- or three-dimensional modulations may be realized as a true long-range ordered phase at any temperature, as inferred from the Landau-Peierls theorem. We here consider possible strategies to explore a multidimensional structure of chiral crystals.

論文

First observation of doubly-Cabibbo-suppressed decay in the baryon sector at Belle; $$Lambda_{c}$$ $$rightarrow$$ $$pK^{+}$$$$pi^{-}$$

谷田 聖

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/02

Doubly Cabibbo suppressed decay of a charmed baryon, $$Lambda_c to p K^+ pi^-$$ is observed for the first time. The branching ratio is measured with respect to its couterpart, $$Lambda_c to p K^- pi^+$$. The result will be reported and compared to naive expectation, $$tan^4theta_c = 2.8times10^{-3}$$.

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