2022 Fiscal Year Annual Research Report
Precise measurement of the mass and magnetic moment of muon using electromagnetic traps and the search for new physics
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20H05646
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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) |
藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
清水 裕彦 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (50249900)
中野 岳仁 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (50362611)
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)
飯沼 裕美 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (60446515)
佐々木 憲一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (70322831)
仁尾 真紀子 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 上級研究員 (80283927)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | ミュオン / 超微細構造 / 磁気モーメント / 電磁トラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題で測定を実施するJ-PARCミュオン施設の大強度ミュオンビームラインであるHラインにおいて2021年度から設置を進めていたコンポーネントの内、ミュオンと陽電子を分離するDCセパレタの制作が2022年度末に完了し、2023年夏季に設置をおこない2023年秋には運用を開始する予定である。
一方、ミュオントラップの設計に関しては、2021年度までに行った概念設計にトラップの形状に関する新しい知見を反映させた後、実機の製作に取りかかった。
また陽電子検出器に関しては、ジュネーブ大学とのSiGe検出器の共同開発体制を構築し、テスト実験の準備を進めている。
基本ユニットが完成したイオン化レーザーは、より大強度化を目指してアンプ系の増強等を進めた。尚、3He NMR測定装置は引き続き開発を進めているが、初期実験は今までに確立しているH20プローブを使用して実施することとした。
2023年度中にはこれらのシステムを統合して世界初のミュオントラップの実現を目指す。これにより、単一自由粒子としてのミュオンの運動を観測し、ミュオン粒子そのものの質量や磁気モーメントをこれまでにない高精度で決定可能となる。これは、超低速ミュオンビームを大量に生成可能な世界で唯一の施設であるJ-PARCでのみ観測可能な手法である。
以上により得られた結果は、素粒子標準理論では説明が困難であったミュオン粒子とミュオニウムを含む物理現象を説明可能とする厳密で精緻な新物理の探索を行う上で大変重要である。
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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
高磁場下でのミュオニウム超微細構造の初期測定に関しては、ミュオンと陽電子を分離するDCセパレタの制作が完了し、2023年度中の運用を始めることが可能となった。ミュオントラップの設計に関しても実機製作に取りかかることができた。さらに、イオン化レーザーと3He NMR測定装置は引き続き増強と開発を進めることにより、当初の予定通り2023年度中にこれらのシステムを統合し、世界初のミュオントラップの実現を目指す見込みを立てることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
J-PARCミュオン施設の大強度ミュオンビームラインであるHラインは、ミュオンと陽電子を分離するDCセパレタの制作が完成し、2023年度夏季に設置を行い、本格的な運用が開始される。これにより、2023年度は高精度な測定結果の取得を更に加速し、これまで培ってきた我々独自の解析手法を用いて、速やかに論文発表を目指す。
一方、ミュオントラップについては2023年度中の完成を目指す。イオン化レーザーは大強度化を目指してアンプ系の増強等を行い、3Heプローブは引き続き開発を進め完成を目指す。これらのシステムを統合し、世界初のミュオントラップを実現し、高精度化につなげていく。
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Research Products
(19 results)
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[Journal Article] New beamlines and future prospects of the J-PARC muon facility2023
Author(s)
Yamazaki T.、Kawamura N.、Shimomura K.、Miyake Y.、Oishi Y.、Adachi T.、Strasser P.、Koda A.、Fujimori H.、Yuasa T.、Ikedo Y.、Kobayashi Y.、Sasaki K.、Mibe T.、Ushizawa T.、Higashino Y.、Nagao D.、Aoki M.、Hase K.、Kaneko S.、Tagawa R.、Uematsu T.、Seiya Y.、Uetake S.、Masuda T.、Tada H.、Sugiyama S.、Suzuki K.
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Journal Title
EPJ Web of Conferences
Volume: 282
Pages: 01016～01016
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Present status of J-PARC MUSE2023
Author(s)
Shimomura K、Koda A、Pant A D、Natori H、Fujimori H、Umegaki I、Nakamura J、Tampo M、Kawamura N、Teshima N、Strasser P、Kadono R、Iwai R、Matoba S、Nishimura S、Kanda S、Takeshita S、Yuasa T、Yamazaki T、Miyake Y、Kobayashi Y、Oishi Y、Nagatani Y、Ikedo Y、Higemoto W、Ito T
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 2462
Pages: 012033～012033
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Muon spin spectroscopy2022
Author(s)
Hillier Adrian D.、Blundell Stephen J.、McKenzie Iain、Umegaki Izumi、Shu Lei、Wright Joseph A.、Prokscha Thomas、Bert Fabrice、Shimomura Koichiro、Berlie Adam、Alberto Helena、Watanabe Isao
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Journal Title
Nature Reviews Methods Primers
Volume: 2
Pages: －
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 高磁場環境でのミュオニウム超微細構造精密測定に向けた精密磁場調整システムの試験2023
Author(s)
多田紘規, 福村省三, 阿部充志, 平石雅俊, 岩井遼斗, 神田聡太郎, 西村昇一郎, 岡部博孝, 佐々木憲一, Patrick Strasser, 下村浩一郎, 手島菜月, 鳥居 寛之, 山崎高幸, MuSEUM Collaboration
Organizer
日本物理学会 2023年春季大会
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