ミュー粒子を用いた新規アプローチによるパラ固体水素のトンネル拡散速度の決定

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26620010
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 篠原 厚 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60183050)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 二宮 和彦 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90512905)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: ミュオン / エキゾチック原子 / ミュオニウム / 散乱断面積 / 拡散過程 / 固体水素

Outline of Annual Research Achievements

物質中での正電荷ミュオンの詳細な振る舞いを明らかにするために、固体水素と希薄気体の二つの実験系を想定し、必要な実験システムの整備を行った。
まず冷凍機を整備することにより、固体水素の生成システムを作成した。この実験システムは10K冷凍機と、必要な熱シールドからなっている。なお必要な検出系システムについては、実験を想定している茨城県東海村J-PARCをはじめとする、世界中のミュオン実験室には整備されているμSR実験装置を用いる予定である。
もうひとつの系として、希薄気体との衝突に関する素過程を調べるために、低圧のガス衝突システムの整備をおこなった。この実験システムは、希薄ガスとミュオンを衝突させるガスセルと、ミュオンの検出装置、全体の真空チェンバーからなっている。本年度は真空チェンバーの整備と、ガスセルの作成、および検出器のテスト実験を行った。チェンバー作成についてはすでに真空試験を完了している。検出器のテストはJ-PARCミュオン実験施設において行った。ガスセルを設置していない条件において、実験で想定している2 MeV以下の低エネルギー正ミュオンを取り出し、プラスチックシンチレーション検出器を用いてミュオンの検出と、そのビームの広がりおよび強度測定を行った。これらの実験結果から、ビーム実験で使用するミュオンビームのコリメーターシステムの最適化と、ガスセルの長さや径について決定することができ、ビーム実験に向けて必要なマシンタイムの見積もりを行った。
これら実験の成果は、適宜学会発表および査読付き学術論文で発表している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで実験がされていなかった、正ミュオンと物質との相互作用の詳細を調べるための実験システムの整備が着々と進んでいる。今年度はJ-PARCミュオン施設における火災事故とそれに関連したマシンタイムの削減から、実施することができなかったが、必要なテスト実験については実験時間を確保し、ビーム実験への準備が整いつつある。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、H26年度の実験で構築したシステムを用いて、当初予定していたようにミュオンを照射する実験を行う。
このためにまずはベータ線源を用いて、電子により構築した実験システムのコミッショニングを行った後に、茨城県東海村J-PARCに実験装置を持ち込みビーム実験を行う。実験を行うにあたり、希薄試料導入システムの性能の不足がわかったために、今年度は新たにリークバルブの導入と、高精度の真空計を新たに整備する。

Research Products

• [Journal Article] Muon capture probability of carbon and oxygen for CO, CO2, and COS under low-pressure gas conditions (2015)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, T. U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, K. M. Kubo, A. Shinohara
  • Journal Title: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Volume: 303 Pages: 1277-1281
  • DOI: 10.1007/s10967-014-3602-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Muon Transfer Process for CO Molecule in Low Pressure Condition (2015)
  • Author(s): 二宮和彦、吉田剛、稲垣誠、髭本亘、伊藤孝、ストラッサー・パトリック、河村成肇、下村浩一郎、三宅康博、三浦太一、久保謙哉、篠原厚
  • Organizer: 第3回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2015-03-17 – 2015-03-17
• [Presentation] uonic atom formation by muon transfer process in benzene and cyclohexane (2014)
  • Author(s): M. Inagaki, K. Fujihara, G. Yoshida, K. Ninomiya, Y. Kasamatsu, M. K. Kubo, W. Higemoto, N. Kawamura, T. Nagatomo, Y. Miyake, T. Miura, A. Shinohara
  • Organizer: 11th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-08
• [Presentation] Initial quantum states of captured muon for CO, CO2 and COS molecules (2014)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, M. Inagaki, T.U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, M.K. Kubo, and A. Shinohara
  • Organizer: 11th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-08
• [Presentation] 気体ベンゼンおよびシクロヘキサンに対するミュオン水素原子からのミュオン転移過程 (2014)
  • Author(s): 稲垣誠、吉田剛、二宮和彦、久保謙哉、髭本亘、河村成肇、三宅康博、三浦太一、篠原厚
  • Organizer: 第５８回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] 低圧のH2+COおよびH2+CO2混合ガスにおけるミュオン転移過程の研究 (2014)
  • Author(s): 吉田剛、二宮和彦、稲垣誠、伊藤孝、髭本亘、長友傑、ストラッサー・パトリック、河村成肇、下村浩一郎、三宅康博、三浦太一、久 保謙哉、篠原厚
  • Organizer: 第５８回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] Muon Capture Processes for Carbon Atoms in C6H6and C6H12 through the Muon Transfer Processes (2014)
  • Author(s): M. Inagaki, K. Fujihara, G. Yoshida, K. Ninomiya, Y. Kasamatsu, M. K. Kubo, W. Higemoto, N. Kawamura, T. Nagatomo, Y. Miyake, T. Miura, A. Shinohara
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-14
• [Presentation] Muonic atom formation on low pressure carbon oxide samples by using low energy negative muon beam (2014)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, M. Inagaki, T.U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, M.K. Kubo, and A. Shinohara
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-14
• [Presentation] Elemental Analysis by Muonic X-ray Spectroscopy for Japanese Bronze Coins (2014)
  • Author(s): K. Ninomiya, M. K. Kubo, G. Yoshida, M. Inagaki, A. Shinohara, T. Nagatomo, N. Kawamura, P. Strasser, K. Shimomura, Y. Miyake, W. Higemoto, S. Sakamoto, T. Saito
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-14