2023 Fiscal Year Final Research Report

Advanced negative muon beam development

Planned Research

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Project Area	Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams
Project/Area Number	18H05464
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	High Energy Accelerator Research Organization
Principal Investigator	Miyake Yasuhiro 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (80209882)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永谷幸則大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (00393421) Patrick Strasser 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 講師 (20342834) 嶋達志大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10222035) 原正憲富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (00334714) 波多野雄治富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (80218487)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords	負ミュオン / 冷却 / 非破壊検査 / ミュオン触媒核融合 / ラムザウアータウンゼント効果
Outline of Final Research Achievements	Negative muon beams obtained by accelerators have high intensity but are difficult to converge. The focused negative muon beam enables us to obtain elemental and isotopic distributions and chemical bonding distributions on the surface of materials with nondestructive, extremely high sensitivity, 3D, with several 10 nm resolution. The challenge was to create a scanning negative muon microscope, a revolutionary analytical microscope that visualizes image of the elemental, isotopic distributions and chemical bonding distributions for the bio-materials. Finally, we succeeded in a proof-of-principle experiments extracting ~5KV ultra-low-velocity negative muons generated by friction, and also in converging the ultra-low muons by using carbon nanotube thin films of 20 nm in thickness. Since the most important basic principle verification has been achieved that we will be able to realize our dream ultra-low-enegy negative muon scanning microscope in the future, if the budget is available.
Free Research Field	ミュオン科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	数10ナノメートル径まで収束可能な超低速負ミュオンビームを開発し、収束負ミュオンビームの走査により、物質表面の元素分布・同位体分布や化学結合分布を、非破壊、極めて高い感度、3次元、かつ数10ナノメートルの分解能（深さ方向は数ナノメートル分解能）で可視化する革命的な分析顕微鏡となる走査負ミュオン顕微鏡が創出できる。生体の主要な構成要素である炭素・水素・窒素・酸素を高い感度で検出できれば、急速凍結した生物試料の表面を削りながら観察することにより、生体を構成する元素・同位体・化学結合の3次元分布を網羅的にナノ分解能で再構成でき、生物分野にまさに革命的な分析手段を提供できる。