2023 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, 基礎自然科学野, 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, 教授 (60391710)
飯沼 裕美 茨城大学, 基礎自然科学野, 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 / ミュオニウム / トラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本測定を実施するHラインは、2022年度にミュオンと陽電子を分離するDCセパレタの設置が完成し、調整運転を経て本格的に運用が開始された。現在2024年度5月下旬からの高磁場下でのミュオニム超微細構造測定にむけて、MRI磁石の励磁試験が順調に終了し、精密磁場調整を進めている。また、共鳴キャビティも1.７Tおよび2.9T用の実機の調整が終了している。また、Dラインにおいて実施された高精度な測定結果を、これまで培ってきたラビ振動分光法など我々独自の手法を用いて解析を進め学会発表や論文発表を行った。
一方、2022年度に実機の製作に取りかかったトラップについては、2023年度中に完成し、信号が見やすい負ミュオンの捕獲実験を実施し、世界初のミュオントラップを実現した。
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H2Oプローブを使用して実施することとした。
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
2022年度に実機の製作に取りかかったトラップについては、当初の予定通り2023年度中に完成し、以前より信号が見やすい負ミュオンの捕獲実験を実施し、世界初のミュオントラップを実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本測定を実施するHラインは、2022年度にミュオンと陽電子を分離するDCセパレタの設置が完成し、調整運転を経て本格的に運用が開始された。一方、2022年度に実機の製作に取りかかったトラップについては、2023年度中に完成し、現在より信号が見やすい負ミュオンの捕獲実験を実施し、世界初のミュオントラップを実現した。2024年度はレーザーの更なる大強度化を目指しアンプ系の増強等を継続するとともに、3Heプローブについても引き続き開発を進め、正ミュオンの高精度捕獲を進めていく。
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Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Precision muonium spectroscopy2024
Author(s)
Iwai Ryoto、Abe Mitsushi、Fukumura Seiso、Fushihara Mahiro、Goto Yu、Hiraishi Masatoshi、Kanda Sohtaro、Nishimura Shoichiro、Okabe Hirotaka、Sasaki Kenichi、Strasser Patrick、Shimomura Koichiro、Tada Hiroki、Teshima Natsuki、A Torii Hiroyuki
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Journal Title
Proceedings of Science
Volume: 452
Pages: 007～007
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Pulsed muon facility of J-PARC MUSE2024
Author(s)
Shimomura K.、Koda A.、Pant A. D.、Sunagawa H.、Fujimori H.、Umegaki I.、Nakamura J.、Fujihala M.、Tampo M.、Kawamura N.、Teshima N.、Strasser P.、Kadono R.、Iwai R.、Matoba S.、Nishimura S.、Kamioka S.、Kanda S.、Takeshita S.、Yuasa T.、Ito T.、Yamazaki T.、et al.
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Journal Title
Interactions
Volume: 245
Pages: 31～31
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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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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[Presentation] ラビ振動分光によるミュオニックヘリウム原子超微細構造の測定2024
Author(s)
山中隆志, Patrick Strasser, 西村昇一郎, 下村浩一郎, 神田聡太郎, 佐々木憲一, 阿部充志, 福村省三, 多田紘規, 後藤優, 伏原麻尋, 奥平琢也, 鳥居寛之, MuSEUM Collaboration, muon g-2/EDM検出器グループ
Organizer
日本物理学会 2024年春季大会（オンライン開催）
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[Presentation] New Muonic Helium Atom HFS Measurements at J-PARC MUSE2023
Author(s)
Y. Goto, S. Fukumura, P. Strasser, T. Ino, R. Iwai, S. Kanda, S. Kawamura, M. Kitaguchi, S. Nishimura, T. Oku, T. Okudaira, H. M. Shimizu, K. Shimomura, H. Tada, H. Torii
Organizer
6th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] トラップ技術を用いたミュオン精密測定実験の状況2023
Author(s)
西村昇一郎, 足立泰平, 飯沼裕美, 岩井遼斗, 岡部博孝, 小久保拓登, 下村浩一郎, 永谷幸則, 仁尾真紀子, A. D. Pant, 樋口嵩, 平石雅俊
Organizer
日本物理学会 第78回年次大会
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