2018 Fiscal Year Annual Research Report
Precise measurement of muonium HFS for new physics search hunting
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17H01133
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
下村 浩一郎 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, 教授 (60242103)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳥養 映子 山梨大学, その他部局等, 客員教授 (20188832)
福山 武志 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (40167622)
三部 勉 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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ミュオン / ミュオニウム / 超微細構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、最も単純な２体束縛系であるミュオニウムの様々な磁場下でのゼーマン副準位を高精度で測定することで、ミュオニウムの超微細構造定数および、次世代のミュオンg-2測定に必須のミュオンの磁気モーメント（あるいはミュオンの質量）を約一ケタ高い精度で決定する。この結果を利用して標準理論（主に束縛系ＱＥＤ）の精密検証をおこない、合わせて、様々な実験・理論モデルとの突合せをおこなうことで、例えばミュオニック水素のラムシフトの異常を説明するために提唱された新粒子の探索、あるいはローレンツ対称性の破れの探索などを行う。本年度は、J-PARCミュオン施設に建設されつつある、Hラインにおける本測定において更なる系統誤差の低減を目的として以下の開発・予備実験を実施した。１）従来実験よりより低圧のクリプトンガス中におけるミュオニウム共鳴測定に成功し、ゼロ磁場条件での世界最高精度の測定（0.31ppm→0.17ppm)に成功した。２）クリプトンガスにヘリウムガスを適当な割合で混ぜることによって超微細構造定数の圧力依存性を低減させる方式開発に着手した。３）J-PRAC g-2/EDM実験と共同で開発しているSi Stripe検出器を導入し、良好な時間微分スペクトラムを得ることに成功した。４）高精度磁場分布測定用の多重NMRプローブ開発のためのプロトタイプを製作し、良好なシグナルを得ることに成功した。
今後は、これまでの結果を論文化するとともに、Hラインの完成後速やかに高磁場実験（1.7T)を実施し、世界最高精度の測定精度を達成する。
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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
本研究において必須である高磁場実験のために必要なHラインについては、施設内におけるる予算確保の見通しが立ち、来年度には稼働開始が可能となった。また昨年度より開発を続けている、超微細構造定数の新しい決定法である時間微分法についてはその後解析およびシミュレーションが進められ、現在論文作成中である。また低圧下での共鳴測定の本年度成功し、ゼロ磁場条件での世界最高精度の測定（0.31ppm→0.17ppm)に成功した。こちらについても現在論文作成中である。さらに高磁場実験において必須の均一磁場（30 cm×20 cm×20 cm内で1 ppm以下の一様性）の測定をするために、現在100 ppb精度の磁場測定器を開発中である。磁場が変動する前にミュオニウム生成領域の磁場を測定する必要があるため、多チャンネル化・小型化を進め、多地点の磁場を同時に測定できるようにする。一方で、磁場測定器を高磁場中に設置すると、測定器自身が磁化し、この磁性も測定値に含まれるという問題が生じる。この測定器自身の磁性を較正するための較正用プローブも開発中である。較正用プローブには分解能 1 ppb以下を要求している。加えて、較正用プローブの磁性をゼロにし、その値の誤差を数ppb程度に抑える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は本研究課題の最終年度にあたることから、これまでのゼロ磁場実験について論文化するとともに、引き続き高磁場実験用の装置開発を進める。また共同研究体制をさらに進め、茨城大飯沼研との連携を図る。
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