2017 Fiscal Year Annual Research Report
Precision Measurement of Muonium Hyperfine Structure in 1.135 T field
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16J03151
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 恭裕 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | QED / ミューオニウム / ミューオン / 超微細構造 / 精密分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度の極小磁場での分光成功という研究成果、高磁場実験に必要なビームライン建設の遅延を踏まえて、これまでの計画を変更し極小磁場で更なる精度向上を狙って研究を実施し以下のような成果を得た。
A.円筒形マイクロ波共振器をTM110モードを用いたものから、高次のモードであるTM220モードを用いた直径がより長い共振器を新しく開発した。合わせて共振器の長さ方向を230 mmから300 mmに変更することで、より大きな共振器の開発を行った。一般に共振器のモードが高次になるにつれ、また、長さ方向が長くなるにつれて共振モード間の干渉が懸念される。よって有限要素法による数値計算を用いてこの共振器のモード干渉がないことを確認した。完成した共振器の性能評価を行い測定系に導入した。これによって実験の統計精度を約4倍程度改善した。
B.実験中にガス不純物測定が可能になるよう、キャピラリーチューブおよびバリアブルリークバルブを用いた質量分析器系を構築した。実際の分光測定にも試験的に導入し、不純物データを取得した。現在、分光に用いたチャンバー内の出ガスを追加測定中であり、来年度以降に向けた改善を行っていく。
C.Aで開発した共振器を用いて、より低いガス標的圧力での実験を行った。0.4から0.7 atmでの分光測定に成功した。米国LAMPFで行われた現在最も精度の良いミューオニウム超微細構造の分光では0.8 atmから1.5 atmで行われた。
加速器施設のビームの強度増強およびビームライン建設に遅延がみられるため、統計的精度に未だ不足があるものの、以上の成果から加速器のフルパワーでの運転時には米国LAMPFの先行実験の精度を十分超えることが可能であることを示した。これらの成果は極小磁場下での測定に向けた開発であるものの、開発した測定器・開発段階で得られた知見は全て1.135 T磁場に応用可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1.135 T磁場での分光はビームラインの建設遅延により実行不可能であるものの、極小磁場においての分光に成功し、順調に測定精度を改善している。この極小磁場での分光は高磁場での分光と異なる系統的不確かさを持つため、将来の1.135 T磁場での分光時により確かな実験値を得ることに寄与することが可能である。また、極小磁場での実験で得られた知見は高磁場での実験に応用可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
統計量増大のための新型ビームライン建設およびビーム強度増強に備えて装置の改善を続けつつ、既存のビームラインで極小磁場での分光を続ける。統計精度としては数日間の分光で極小磁場での世界記録を超えることが十分可能である。極小磁場における最も精度の良い分光結果に向けて既存のデータを解析しつつ、より良い装置系の開発およびデータ取得方法を開発する。適宜得られた知見は1.135 T磁場での分光に向けた準備に応用していく。
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