2020 Fiscal Year Annual Research Report
Precision test of electroweak theory and search for new physics beyond the Standard Model by laser spectroscopy of purely leptonic atoms
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19H05606
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
植竹 智 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (80514778)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 高幸 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, 助教 (40632360)
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)
吉村 太彦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 客員研究員 (70108447)
吉田 光宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (60391710)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | ミューオニウム / 純レプトン原子 / 精密レーザー分光 / 電弱統一理論 / 新物理探索 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，最新の原子分光技術と高品質ミュー粒子生成技術，そして電弱統一理論の精密計算技術の3つを最大限に活用し，素粒子であるレプトンのみから構成される「純レプトン原子」のエネルギー準位を精密に測定する．これにより，標準理論の精密検証および電子とミュー粒子に結合する未発見の素粒子(力を媒介する粒子)探索を目指す．
令和2年度にはミューオニウムを高効率に生成するシリカエアロゲルターゲット開発に成功した．また，狭線幅・高出力レーザーシステム開発において，出力30mW 程度の狭線幅マスターレーザーを数段の光パワーアンプで増幅する方式を採用した連続波発振(CW)レーザーシステムの開発，アンプしたCW光をパルス増幅するTi:Sapphireパルスレーザーシステム開発，マスターレーザーの光周波数計測および周波数安定化を行うエルビウムドープ光ファイバーコムシステム開発，ファイバーコムへマスターレーザー周波数を位相同期させる光位相同期システム開発，などを進めた．光パワーアンプの出力は目標とする5W以上を達成した． Ti:Sapphireパルスレーザーシステムでは，9mJと言う高いパルスエネルギーを得られている．出力光の周波数線幅はほぼフーリエ限界の約5MHzであり，過去の研究で用いられたレーザーよりも狭線幅を実現した．
また，基底状態超微細分裂のマイクロ波分光実験では，ゼロ磁場の分光実験およびデータ解析を進めた．得られた結果に基づいてシミュレーションを行い，今後J-PARC で運用が始まる高強度ミュー粒子ビームラインを用いることで，過去の実験で得られた超微細分裂周波数測定精度の世界記録を一桁上回る精度で測定できる見込みが得られた．
以上のように，分光実験の準備は着実に進展しており，今後の研究により当初の期待通りの成果を上げる見込みが得られている．
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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
レーザー分光実験に必要なレーザー装置開発は順調に進んでおり，長時間非常に安定なレーザーシステム開発に成功している．そのため，2021年度から開始する分光実験の準備は整っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度はレーザー分光実験を開始する．開発したレーザーシステムを，実験を進めるJ-PARCへ移転し，J-PARCにおいてレーザーを使用するために必要な安全審査などへの対応を行い，レーザー実験の準備を進める．2021年後期からミューオンビームを用いた実験を行う予定である．
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[Journal Article] Study of muonium emission from laser-ablated silica aerogel2020
Author(s)
Beare J、Beer G、Brewer J H、Iijima T、Ishida K、Iwasaki M、Kamal S、Kanamori K、Kawamura N、Kitamura R、Li S、Luke G M、Marshall G M、Mibe T、Miyake Y、Oishi Y、Olchanski K、Olin A、Otani M、Rehman M A、Saito N、Sato Y、Shimomura K、Suzuki K、Tabata M、Yasuda H
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Journal Title
Progress of Theoretical and Experimental Physics
Volume: 2020
Pages: 123C01
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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