Developments for muon acceleration with cyclotron resonance

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18630
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: Otani Masashi 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, 助教 (90636416)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 近藤 恭弘 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 主任研究員 (40354740)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: ミュオン / ミューオン / 自動サイクロトロン共鳴加速

Outline of Final Research Achievements

The feasibility of cyclotron auto-resonance acceleration, which is gaining attention for quickly accelerating muons with a lifespan of 2 microseconds, was verified through simulations and the creation of a prototype.
According to the simulation results, using an acceleration cavity 29 cm in length and a solenoid magnet of approximately 7 Tesla, it is possible to accelerate up to about 20 MeV. This demonstrates that acceleration can be achieved in a fraction of the length compared to accelerators currently under construction.
Furthermore, a basic performance evaluation conducted during the production stage of the prototype acceleration cavity, which was designed based on the simulations, revealed that the expected performance has been achieved.

Free Research Field

量子ビーム科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、申請者が実現したミューオンの加速技術は、新たな量子ビームの可能性を世界に示すものであり、ミューオン精密測定を足掛かりにした素粒子統一理論の解明をはじめ、新たな科学的発見のための起爆剤として期待されている。加えて、ミューオンを利用したピラミッドや火山の透視技術は、宇宙線を加速ミューオンビームに置き換えることで、非常に短時間で高精度のイメージングが実現できることから、多様な応用が議論されている。本研究では、ミューオン加速器の更なる高度化を目指したサイクロトロン共鳴加速の原理実証を行った。