Ｊ－ＰＡＲＣにおけるミューオニウム超微細構造の精密測定実験

• Project/Area Number: 14J11374
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 神田 聡太郎 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: ミューオン / ミューオニウム / 超微細構造 / 精密測定 / J-PARC / 大強度ビーム / 分光 / 陽電子検出器 / ミューオン検出器 / 検出器

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、初年度に行った開発およびシミュレーションの成果を集約して，最終的な分光実験に向けた各測定器の準備および実験装置のすべてを組み合わせた動作試験を行った．
陽電子検出器の実機量産および試験を行い，期待通りの性能が得られていることを実験室での試験およびJ-PARCでのビーム試験を通して確認し，大強度のパルスミューオンビームに由来する高計数率の陽電子を少ない数え落としで位置有感に検出することに成功した．
ファイバービームプロファイルモニタのビーム試験を行い，実験で用いるビームの形状および強度を測定することに成功した．得られたビームプロファイルは期待通りのものであった．この開発によって，従来型のモニタとの比較で物質量を3/4に低減し，検出効率の一様性を最大で10倍程度改善することができた．
系統誤差に関する数値計算フレームワークを改良し，標的領域における磁場分布およびRF強度分布を考慮した現実的な共鳴曲線の数値計算を確立した．測定における系統誤差の主要な要因として考えられるいくつかの量について物理実験のセットアップにおいて実測を行った．
2016年2月にJ-PARC MLF MUSEにおいて最初の分光実験を行った．実験施設における不測の事態により予定の1/3のビーム強度かつ短いビーム供給時間ではあったものの，物理測定に必要なすべての要素を組み上げて行った最初の実験であり，実験中に発生した問題への対処を含めて，大強度パルスミューオンビームを用いた新世代の精密測定実験の基礎を確立することには成功したと言える．ビーム強度は依然として制限されているものの4倍の測定時間が確保可能なビームタイムが2016年6月に予定されており，先行実験を上回る精度でミューオニウム超微細構造を決定することが期待される．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of a new positron counting system with SiPM readout for muon spin spectrometers (2016)
  • Author(s): S. Kanda for the MuSEUM Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: PhotoDet2015 Pages: 39-44
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of magnetic shield for the MuSEUM experiment (2016)
  • Author(s): S. Kanda
  • Journal Title: RIKEN Accelerator Progress Report Volume: 49
  • Open Access
• [Journal Article] 大強度ビームによるミューオン基礎物理と次世代陽電子検出器の開発 (2016)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Journal Title: めそん (日本中間子科学会 学会誌) Volume: 43
• [Journal Article] Development of 3D imaging of muon stopping distribution for Muonium HFS measurement (2015)
  • Author(s): S. Kanda et al.
  • Journal Title: KEK MSL Progress Report Volume: 2014 Pages: 46-46
  • Open Access
• [Journal Article] Status of the New Muonium HFS Experiment at J-PARC/MUSE (2015)
  • Author(s): P. Strasser, M. Aoki, Y. Fukao, Y. Higashi, T. Higuchi, H. Iinuma, Y. Ikedo, K. Ishida, M. Iwasaki, R. Kadono, O. Kamigaito, S. Kanda, et al.
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: NuFact2014 Pages: 94-101
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of online beam profile monitor for the MuSEUM experiment (2015)
  • Author(s): S. Kanda
  • Journal Title: RIKEN Accelerator Progress Report Vol. 48 Volume: 48 Pages: 1-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC and integrated detector system for high-intensity pulsed muon beam experiment (2015)
  • Author(s): S. Kanda et al.
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: TBD Pages: 1-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhancement of muonium emission rate from silica aerogel with a laser-ablated surface (2014)
  • Author(s): G.A. Beer, Y. Fujiwara, S. Hirota, K. Ishida, M. Iwasaki, S. Kanda, H. Kawai, N. Kawamura, R. Kitamura, S. Lee, W. Lee G.M. Marshall, T. Mibe, Y. Miyake, S. Okada, K. Olchanski, A. Olin, Y. Oishi, H. Onishi, M. Otani, N. Saito, K. Shimomura, P. Strasser, M. Tabata, D. Tomono, K. Ueno, K. Yokoyama, E. Won
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 091C01 Issue: 9 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] J-PARCにおけるミューオニウム超微細構造の直接測定実験のための検出器開発 (2016)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学 (宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Development of a fiber beam profile monitor for the experiments with low energy charged particle beam (2016)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: LEAP2016
  • Place of Presentation: 歌劇座 (石川県金沢市)
  • Year and Date: 2016-03-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct measurement of muonium ground state hyperfine splitting at zero magnetic field (2015)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: HINT2015
  • Place of Presentation: J-PARC (茨城県東海村)
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] J-PARC におけるミューオニウム超微細構造の直接測定実験 (2015)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学 (大阪府東大阪市)
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Development of detector system for the experiments with high-intensity pulsed muon beam (2015)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: 計測システム研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学 (大阪府茨木市)
  • Year and Date: 2015-07-24
  • Invited
• [Presentation] Development of a new positron counting system with SiPM readout for muon spin spectrometers (2015)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: PhotoDet2015
  • Place of Presentation: モスクワ (ロシア)
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MuSEUM実験のための大強度ミューオンビームに対応したビームプロファイルモニタおよび陽電子検出器の開発 (2015)
  • Author(s): 神田 聡太郎
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: Waseda University, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Development of the Detector System for the MuSEUM Experiment (2015)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: 第三回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] MuSEUM実験のための陽電子検出器およびミュオンビームプロファイルモニタの開発 (2015)
  • Author(s): 神田 聡太郎
  • Organizer: RCNP研究会
  • Place of Presentation: RCNP, Osaka, Japan
  • Year and Date: 2015-01-05 – 2015-01-07
• [Presentation] MuSEUM実験における大強度ミューオンビームに対応したビームプロファイルモニタおよび陽電子検出器の開発 (2014)
  • Author(s): 神田 聡太郎
  • Organizer: J-PARC計測システム研究会
  • Place of Presentation: J-PARC, Tokai, Japan
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [Presentation] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2014)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: HAWAII2014
  • Place of Presentation: Hawaii, U.S.
  • Year and Date: 2014-10-07 – 2014-10-11
• [Presentation] MuSEUM; Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2014)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: USMM2014
  • Place of Presentation: Tohoku University, Sendai, Japan
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [Presentation] J-PARCにおけるミューオニウム超微細構造精密測定実験-大強度ミューオンビーム環境におけるミューオン/陽電子検出器の開発 (2014)
  • Author(s): 神田 聡太郎
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: Saga University, Saga, Japan
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [Presentation] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC and Integrated detector system for high-intensity pulsed muon beam experiment (2014)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: J-PARC2014
  • Place of Presentation: J-PARC, Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Precision Measurement of Muonium Hyperfine Splitting at J-PARC (2014)
  • Author(s): S. Kanda
  • Organizer: EGAS46
  • Place of Presentation: Lille, France
  • Year and Date: 2014-07-01 – 2014-07-04
• [Remarks] MuSEUM; J-PARCにおけるミューオニウム超微細構造精密測定実験
  • URL: http://g-2.kek.jp/gakusai/research_MuHFS.html