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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Precise measurement of muonium HFS for new physics search hunting

Research Project

Project/Area Number 17H01133
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

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)

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)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsミュオニウム
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)を約一桁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。
本年度は系統的不確かさの中で支配的となりうるKrガスの衝突に伴う不確かさをさらに抑制するために、Krガスの代わりにKr-He混合ガスを用いた測定を行った。従来のKrガスをミュオンビーム標的に用いた測定では、ミュオニウムの基底状態における超微細構造間エネルギーはガス密度に対して負の相関を持っており、これに伴う真空状態への外挿時にガス密度のゆらぎやガス圧力計の精度によって系統的不確かさを生んでいた。そこで、KrにHeを混ぜることによってガス密度依存性を小さくし、この系統的不確かさを小さくすることを考えた。期待通りに混合比によってHFS周波数のガス密度依存性は変化しており、Kr30%程度を含む混合比でHFS周波数の圧力依存性が十分小さくなることがわかった。今後の測定では、この混合比のKr-He混合ガスを用いた測定によって、HFS周波数のガス密度依存性に伴う系統的不確かさが抑制できると考えられる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (28 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 7 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Performance evaluation of a silicon strip detector for positrons/electrons from a pulsed a muon beam2020

    • Author(s)
      T. Aoyagi, Y. Honda, H. Iked, M. Ikeno, K. Kawagoe, T. Kohriki, T. Kume, T. Mibe, K. Namba, S. Nishimura, N. Saito, O. Sasaki, N. Sato, Y. Sato, H. Sendai, K. Shimomura, S. Shirabe, M. Shoji, T. Suda, T. Suehara, T. Takatomi, M. Tanaka, J. Tojo, K. Tsukada, T. Uchida, T. Ushizawa, H. Wauke, T. Yamanaka, T. Yoshioka
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 15 Pages: P04027

    • DOI

      10.1088/1748-0221/15/04/P04027

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] g-2 of charged leptons, \alpha(M^2_Z), and the hyperfine splitting of muonium2020

    • Author(s)
      Alexander Keshavarzi, Daisuke Nomura, Thomas Teubner
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 101 Pages: 014029-1-15

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.014029

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise spectroscopy of muonium hyperfine structure using Kr-He mixture gas2020

    • Author(s)
      瀬尾俊
    • Organizer
      The 12th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クリプトンヘリウム混合気体中におけるミュオニウム超微細構造の精密分光2020

    • Author(s)
      瀬尾俊
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会
  • [Presentation] 高磁場におけるミュオニウム超微細構造測定のための時間微分法開発2020

    • Author(s)
      多田紘規
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会
  • [Presentation] 高磁場下におけるミュオニウム超微細構造精密測定に向けた前置検出器開発2020

    • Author(s)
      福村省三
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会
  • [Presentation] Discussions on a shimming strategy to obtain very homogeneous magnetic fields using shimming calculation based on TSVD2020

    • Author(s)
      Mitsushi Abe, Ken-ichi Sasaki, Hiroshi Yamaguchi, Toru Ogitsu, Koichiro Shimomura, Tsutomu Mibe, Naohito Saito, Chiori Ohgane, Moe Sugita, Kyosuke Yanai, Hiromi Iinuma, Masayoshi Saito, Toya Tanaka
    • Organizer
      The 10th ACASC/ 2nd Asian-ICMC/ CSSJ Joint Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Present status of muonium hyperfine splitting in J-PARC2019

    • Author(s)
      下村浩一郎
    • Organizer
      International Conference on Precision Physics and Fundamental Physical Constants (FFK2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MuSEUM2019

    • Author(s)
      下村浩一郎
    • Organizer
      Third Plenary Workshop of the Muon g-2 Theory Initiative (INT Workshop INT-19-74W)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ミューオン崩壊における時間反転対称性の破れを探索する新たな実験の提案2019

    • Author(s)
      下村浩一郎
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] Muon pair production from ILC2019

    • Author(s)
      下村浩一郎
    • Organizer
      International Workshop on Future Linear Colliders (LCWS2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Status of Standard Model Prediction for Muon g-22019

    • Author(s)
      野村大輔
    • Organizer
      The 21st International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFACT 2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Measuring both T-violation and Majoranality of neutrinos in muon decays2019

    • Author(s)
      野村大輔
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] J-PARCミュオニウム超微細構造測定の実験状況2019

    • Author(s)
      西村昇一郎
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] Muonium Hyperfine Structure Measurement in a Zero/High Magnetic Field at J-PARC2019

    • Author(s)
      西村昇一郎
    • Organizer
      J-PARC symposium 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Muon Spin Resonance Experiment in the High Magnetic Field at J-PARC2019

    • Author(s)
      西村昇一郎
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectroscopy of Muonium Hyperfine Structure at J-PARC2019

    • Author(s)
      上野恭裕
    • Organizer
      The 21st Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] クリプトンヘリウム混合気体中におけるミュオニウム超微細構造の精密分光2019

    • Author(s)
      瀬尾俊
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [Presentation] Precise measurement of muonium hyperfine structure using Kr-He mixture gas2019

    • Author(s)
      瀬尾俊
    • Organizer
      The 3rd J-PARC Symposium (J-PARC2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise spectroscopy of muonium hyperfine structure using Kr-He mixture gas2019

    • Author(s)
      瀬尾俊
    • Organizer
      Physics of fundamental Symmetries and Interactions - PSI2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High precision measurement of muonium hyperfine structure2019

    • Author(s)
      田中陶冶
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Charged Lepton Flavor Violation (CLFV2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectroscopy of muonium hyperfine structure2019

    • Author(s)
      田中陶冶
    • Organizer
      Workshop “New Developments of Muon Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高磁場におけるミュオニウム超微細構造測定に向けた磁場測定器開発2019

    • Author(s)
      田中陶冶
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [Presentation] Development of magnetic field measurement system for muonium hyperfine structure spectroscopy with high magnetic field2019

    • Author(s)
      田中陶冶
    • Organizer
      J-PARC symposium 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] J-PARCでの高磁場ミュオニウム超微細構造の精密分光に向けた前置検出器の開発2019

    • Author(s)
      福村省三
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季学会
  • [Presentation] Development of forward detector for measurement of muonium hyperfine structure in high magnetic field at J-PARC2019

    • Author(s)
      福村省三
    • Organizer
      J-PARC symposium 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MRI磁石を用いた超高均一度シミングの可能性検討2019

    • Author(s)
      阿部充志, 佐々木憲一,山口博史,荻津透,下村浩一郎,三部勉,齊藤直人,田中陶冶,大金千織, 齋藤真慶, 杉田萌,楊井京輔, 飯沼裕美
    • Organizer
      第98回低温工学会・超伝導学会研究発表会
  • [Funded Workshop] New Developments of Muon Precision Physics2019

URL: 

Published: 2021-01-27  

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