Measurement of hyperfine splitting of the ground state of muonium atom

• Project/Area Number: 23244046
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: MATSUDA Yasuyuki 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (70321817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SAITO Naohito 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (20321763) ; SHIMOMURA Koichiro 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (60242103)
• Research Collaborator: KAWAMURA Naritoshi 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究機関講師 (60311338) ; SASAKI Kenichi 高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 准教授 (70322831) ; TOYOTA Akihisa 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (20373186) ; TORII Hiroyuki 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (20302838) ; MIBE Tsutomu 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80536938)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥48,360,000 (Direct Cost: ¥37,200,000、Indirect Cost: ¥11,160,000); Fiscal Year 2013: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2012: ¥31,070,000 (Direct Cost: ¥23,900,000、Indirect Cost: ¥7,170,000); Fiscal Year 2011: ¥14,430,000 (Direct Cost: ¥11,100,000、Indirect Cost: ¥3,330,000)
• Keywords: 素粒子（実験） / ミュオン / ミュオニウム / 超微細構造 / マイクロ波分光 / ミュオニウム原子 / RF キャビティ / 高純度ガス / ミューオン / ＲＦ共鳴空洞

Research Abstract

Muonium atom is a unique probe to verify the consistency of the standard model in very high precision and/or to investigate new physics beyond the standard model, because it is made of only leptons which do not have internal structures. We aim to realize a new experiment which aims to improve the accuracy of the measurement of hyperfine splitting of the ground state of muonium atom by an order of magnitude at J-PARC MLF. We have developed a RF cavity which has two resonance frequencies which can be independently tuned with two tuning bars, a gas chamber which holds Kr gas for three months with less than 1ppm impurity, positron detectors which can cope with high counting rate under 1T magnetic field, and a NMR system which can measure magnetic field with accuracy better than 1ppm.

Research Products

• [Journal Article] Online full two-dimentional imaging of pulsed muon beams at J-PARC MUSE using a gated image intensifier (2014)
  • Author(s): T. U. Ito, A. Toyoda, W. Higemoto, M. Tajima, Y. Matsuda, K. Shimomura
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Volume: vol. 754 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.04.014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of High-Rate Positron Tracker for the Muonium Production Experiment at J-PARCS (2014)
  • Author(s): Kanda, H. Fujimori, Y. Fukao, Y. Ikedo, K. Ishida, M. Iwasaki, N. Kawamura, K. M. Kojima, M. Lee, S. Makimura, T. Mibe, Y. Miyake, J. Nakamura, Y. Nagashima, T. Nagatomo, K. Nagumo, S. Nishimura, S. Okada, N. Saito, K. Shimomura, T. Suzuki, P. Strasser, K. Ueno, and E. Won
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 10404-10404
  • DOI: 10.7566/jpscp.2.010404
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of Muonium Hyperfine Splitting at J-PARC (2014)
  • Author(s): K. S. Tanaka, M. Aoki, H. Iinuma, Y. Ikedo, K. Ishida, M. Iwasaki, Y. Ueno, R. Ohkubo, T. Ogitsu, R. Kadono, O. Kamigaito, N. Kawamura, D. Kawall, S. Kanda, K. Kubo, T. Kume, A. Koda, K. M. Kojima, N. Saito, N. Sakamoto, K. Sasaki, K. Shimomura, M. Sugano, D. Tomono, A. Toyoda, H. A. Torii, E. Torikai, K. Nagamine, K. Nishiyama, P. Strasser, Y. Fukao, Y. Fujiwara, Y. Matsuda, T. Mibe, Y. Miyake, and M. Yoshida
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 1-6
  • DOI: 10.7566/jpscp.2.010405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] H line; A Beamline for Fundamental Physics in J-PARC (2014)
  • Author(s): Naritoshi Kawamura, Akihisa Toyoda, Tsutomu Mibe, Naohito Saito, Masaharu Aoki, Koichiro Shimomura, Yasuhiro Miyake
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan, Conference Proceedings (JPS-CP) Volume: 2 Pages: 010112-010112
  • DOI: 10.7566/jpscp.2.010112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of muonium emission from silica aerogel (2013)
  • Author(s): P. Bakule, G.A. Beer, D. Contreras, M. Esashi, Y. Fujiwara, Y. Fukao, S. Hirota, H. Iinuma, K. Ishida, M. Iwasaki, T. Kakurai, S. Kanda, H. Kawai, N. Kawamura, G.M. Marshall, H. Masuda, Y. Matsuda, T. Mibe, Y. Miyake, S. Okada, K. Olchanski, A. Olin, H. Onishi, N. Saito, K. Shimomura, P. Strasser, M. Tabata, D. Tomono, K. Ueno, K. Yokoyama, S. Yoshida
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys Volume: 103C01 Issue: 10 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/ptep/ptt080
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] J-PARC MUSE H-line optimization for the g-2 and MuHFS experiments (2013)
  • Author(s): A. Toyota, Y. Fujiwara, Y. Fukao, O. Kamigaito, N. Kawamura, Y. Matsuda T. Mibe, T. Ogitsu, N. Saito, K. Sasaki, K. Shimomura, M. Sugano, K. Tanaka, D. Tomono, H.A. Torii
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Volume: vol. 408 Pages: 012073-012073
  • DOI: 10.1088/1742-6596/408/1/012073
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting Magnet Design for the Hyperfine Structure Measurement of Muonium at the J-PARC (2013)
  • Author(s): K. Sasaki, M. Sugano, R. Ohkubo, T. Ogitsu, N. Saito, K. Shimomura, and A. Yamamoto
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: 23 Issue: 3 Pages: 4500704-4500704
  • DOI: 10.1109/tasc.2013.2245714
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cryogenic Design of a Superconducting Solenoid for Muonium Hyperfine Structure Measurement (2013)
  • Author(s): M. Sugano, K. Sasaki, R. Ohkubo, T. Kume, N. Kimura, R. Okada, T. Okamura, K. Shimomura, N, Saito, T. Ogitsu, and A. Yamamoto
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: 23 Issue: 3 Pages: 3800204-3800204
  • DOI: 10.1109/tasc.2012.2233259
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development status of superconducting solenoid for the MuHFS experiment at the J-PARC (2013)
  • Author(s): K. Sasaki, M. Sugano, R. Ohkubo, H. Iinuma, T. Ogitsu, N. Saito, K. Shimomura, and A. Yamamoto, J. Phys.
  • Journal Title: Conf. Ser. Volume: 408 Pages: 012074-012074
  • DOI: 10.1088/1742-6596/408/1/012074
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a superconduciting solenoid for Hyperfine Structure Measurement of Muonium at J-PARC (2012)
  • Author(s): K. Sasaki, et al.
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 22 Issue: 3 Pages: 4500904-4500904
  • DOI: 10.1109/tasc.2011.2176301
  • Peer Reviewed
• [Presentation] measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2014)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: Fundamental Physics Using Atoms 2014
  • Place of Presentation: 日本科学未来館（東京都江東区）
• [Presentation] J-PARC MUSE におけるミュオニウム超微細構造測定 (2014)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）
• [Presentation] ミュオニウム超微細構造測定に向けた磁場測定プローブの開発 (2014)
  • Author(s): 佐々木憲一
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）
• [Presentation] J-PARC MUSE におけるミュオニウムの超微細構造の精密測定 (2014)
  • Author(s): 松田恭幸
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）
• [Presentation] Precision Measurement of Muonium Hyperfine Splitting at J-PARC (2014)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: 物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [Presentation] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: The 3^<rd> workshop on the Physics of Fundamental Symmetries and Interactions at low energies and the precision frontier
  • Place of Presentation: PSI 研究所、フィリンゲン、スイス
• [Presentation] Status and prospect of the muonium experiment at J-PARC (2013)
  • Author(s): 鳥居寛之
  • Organizer: International Workshop on e+e- collisions from Phi to Psi
  • Place of Presentation: ローマ・ラ・サピエンツァ大学、ローマ、イタリア
• [Presentation] Fundamental Physics with muon - with emphasis on muonium hyperfine interaction (2013)
  • Author(s): 松田恭幸
  • Organizer: Preschool of 1st International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon
  • Place of Presentation: くにびきメッセ、島根県松江市
• [Presentation] measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: OIST Beam Physics and Beam Physics Youth Workshops 2013
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県恩納村）
• [Presentation] ミュオニウムの超微細構造精密測定のための R&D の現状 (2013)
  • Author(s): 下村浩一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学（徳島県徳島市）
• [Presentation] Fundamental physics with muon - with emphasis on muonium hyperfine splitting (2013)
  • Author(s): 松田恭幸
  • Organizer: Preshool of 1st International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Invited
• [Presentation] Measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: The 15th International Workshop on Neutrino Factories, Super Beams, and Beta Beams
  • Place of Presentation: 高能物理研究所（北京、中国）
• [Presentation] Status and prospect of the muonium experiment at J-PARC (2013)
  • Author(s): 鳥居寛之
  • Organizer: International Workshop on e+e- collisions from Phi to Psi
  • Place of Presentation: ローマ・ラ・サピエンツァ大学（ローマ、イタリア）
• [Presentation] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: 3rd Workshop on the Physics of Fundamental Symmetries and Interactions at low energies and the precision frontier
  • Place of Presentation: PSI 研究所（フィリンゲン、スイス）
• [Presentation] J-PARC MUSE におけるミュオニウム超微細構造測定 (2013)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県東広島市）
• [Presentation] ミュオニウム超微細構造精密測定用超伝導磁石システムの開発 (2013)
  • Author(s): 佐々木憲一
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県東広島市）
• [Presentation] J-PARC MUSE におけるミュオニウム超微細構造測定実験でのビームプロファイルモニタの開発 (2013)
  • Author(s): 田島美典
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県東広島市）
• [Presentation] 高計数率耐性を備えた陽電子飛跡検出器の開発および J-PARC におけるミューオン g-2/EDM 精密測定実験のためのミューオニウム生成標的の開発 (2013)
  • Author(s): 神田聡太郎
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県東広島市）
• [Presentation] ミュオニウムの超微細構造の精密測定に向けての開発現状 (2013)
  • Author(s): 下村浩一郎
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県東広島市）
• [Presentation] Mu HFS experiment at MLF H-line (2013)
  • Author(s): 松田恭幸
  • Organizer: 物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [Presentation] Measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2012)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: The 23^<rd> International Conference on Atomic Physics
  • Place of Presentation: Ecole Polytechnique Palaiseau, パレゾー、フランス
• [Presentation] Superconducting Magnet Design for the Hyperfine Structure Measurement of Muonium at the J-PARC (2012)
  • Author(s): 佐々木賢一
  • Organizer: Applied Superconductivity Conference 2012
  • Place of Presentation: オレゴンコンベンションセンター、ポートランド、米国
• [Presentation] Measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2012)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: The 23rd International Conference on Atomic Physics (ICAP 2012)
  • Place of Presentation: Ecole Polytechnique Palaiseau (パレゾー、フランス)
• [Presentation] Measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2012)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: 6th International Conference on Fundamental Physics Using Atoms 2012
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
• [Presentation] J-PARC MUSE におけるミュオニウムの超微細構造の精密測定 (2012)
  • Author(s): 豊田晃久
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋期大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学（神奈川県横浜市）
• [Presentation] Superconducting Magnet Design for the Hyperfine Structure Measurement of Muonium at J-PARC (2012)
  • Author(s): 佐々木憲一
  • Organizer: Applied Superconductivity Conference 2012
  • Place of Presentation: オレゴンコンベンションセンター（ポートランド、米国）
• [Presentation] Cyrogenic design of a superconducting solenoid for muonium hyperfine structure measurement (2012)
  • Author(s): 菅野未知央
  • Organizer: Applied Superconductivity Conference 2012
  • Place of Presentation: オレゴンコンベンションセンター（ポートランド、米国）
• [Presentation] J-PARC MUSEにおけるミュオニウムの超微細構造の精密測定 (2012)
  • Author(s): 豊田晃久
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学（兵庫県西宮市）
• [Presentation] J-PARC MUSEにおけるミュオニウム超微細構造測定に向けたキャビティ製作 (2012)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学（兵庫県西宮市）
• [Presentation] J-PARC MUSEにおけるミュオニウム超微細構造精密測定用超伝導磁石システムの開発 (2012)
  • Author(s): 菅野未知央
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学（兵庫県西宮市）
• [Presentation] J-PARC MUSE H-line Optimization for the g-2/EDM and MuHFS experiments (2011)
  • Author(s): 豊田晃久
  • Organizer: the 13^<th> International Workshop on Neutrino Factories, Super beams and Beta Beams
  • Place of Presentation: ジュネーブ大学、ジュネーブ、スイス
• [Presentation] Measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2011)
  • Author(s): 田中香津生
  • Organizer: 5th International Conference on Fundamental Physics using Atoms
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
• [Presentation] Mu HFS experiment at J-PARC (2011)
  • Author(s): 下村浩一郎
  • Organizer: 13th International Workshop on Neutrino Factories, Super beams and Beta beams
  • Place of Presentation: ジュネーブ大学（スイス）
• [Presentation] Mu HFS experiment at J-PARC: RF cavity design (2011)
  • Author(s): 松田恭幸
  • Organizer: 13th International Workshop on Neutrino Factories, Super beams and Beta beams
  • Place of Presentation: ジュネーブ大学（スイス）
• [Presentation] Development of the superconducting solenoid for the MuHFS experiment at J-PARC (2011)
  • Author(s): 佐々木憲一
  • Organizer: 13th International Workshop on Neutrino Factories, Super beams and Beta beams
  • Place of Presentation: ジュネーブ大学（スイス）