超伝導高周波トラップを用いた反水素原子の大量合成と高精度分光

• 研究課題/領域番号: 05J10513
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2007年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2006年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2005年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 反陽子 / 加速器物理 / レーザー分光 / 反陽子ヘリウム / 超伝導空洞 / ビーム検出器 / 超微細構造 / イオントラップ / 反水素 / 高周波 / トラップ / 超伝導

研究概要

2007年度は、欧州合同原子核研究機構CERNの反陽子減速器施設を用いて、反陽子ヘリウム原子の二光子吸収分光実験を行った。そして、反陽子ヘリウム原子の二光子遷移エネルギーを、3ppbという世界最高精度で計測することに成功した。これによって、素粒子物理の基本的な定理と考えられているCPT対称性を、従来よりも高い精密で検証した。この実験では、まず反陽子ヘリウム原子を5ケルビンという低温標的中で100万個合成した。次に、出力波長を10桁の精度で安定化させたcwチタンサファイアレーザーをパルス増幅して、この光線を原子に照射した。この際に、特別な波長の組み合わせを利用することによって、原子内で非線形な二光子遷移をひきおこすことに成功した。次に、超伝導ポールトラップを開発して、振幅4キロボルト、周波数35メガメルツ、Q=100万の特性をもった空洞を実現した。このトラップは、高純度ニオブ製で、電子ビーム溶接を用いて建設したものである。超流動ヘリウムで常時、1.8度ケルビンに保たれる。ニオブ電極の表面では、数メガボルト毎メートルという非常に強い電場が発生するが、これによって電子が発生し、放電を誘発するという問題が発生した。現在、表面の洗浄方法や、電極の形状を工夫することによって、この問題を解決しようとしている。また、反陽子ビームを測定する新型の検出器を開発した。これは、厚さ数百ナノメートルのカーボンフォイルに反陽子が衝突した際、発生する二次電子をとらえて、高感度カメラで撮影する仕組みになっている。特殊な加速電極を用いることによって、数ナノ秒という超高速シャッターを切ることができる。

研究成果

• [雑誌論文] Spatial and temporal beam profile monitor with nanosecond resolution for CERN's Linac4 and Superconducting ProtonLinac (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Hori, K.Hanke
  • 雑誌名: Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A 588 ページ: 359-374
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved study of the antiprotonic helium hyperfine structure (2008)
  • 著者名/発表者名: T Pask, D.Barna, A.Dax, RS.Hayano, M.Hori, D.Horvath, B.Juhasz, C.Malbrunot, J.Marton, N.Ono, K.Suzuki, J.Zmeskal, E.Widmann
  • 雑誌名: Journal of Physics B 41 ページ: 81008-81008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiprotonic helium and CPT invariance (2007)
  • 著者名/発表者名: R.S.Hayano, M.Hori, D.Horvath, E.Widmann
  • 雑誌名: Reports on Progress in Physics 70 ページ: 1995-2066
  • 査読あり
• [雑誌論文] 反陽子と電子の質量比の決定-反陽子ヘリウム原子の超高精度分光- (2007)
  • 著者名/発表者名: 早野龍五, 堀 正樹
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 62・2 ページ: 103-103
  • NAID: 110006164675
• [雑誌論文] ASACUSA Status report (2007)
  • 著者名/発表者名: H.H.Anderson et al.
  • 雑誌名: CERN-SPSC 2007-003 ページ: 1-1
• [雑誌論文] Determination of the Antiproton-to-Electron Mass Ratio by Precision Laser Spectroscopy of Pbar-He+ (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Hori et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 96 ページ: 243401-243401
• [雑誌論文] Low temperature behavior of collisions between antiprotonic helium and hydrogen molecules and an indication of the Wigner threshold law (2006)
  • 著者名/発表者名: B.Juhasz et al.
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 427 ページ: 246-246
• [雑誌論文] Linac-4 Technical Design Report (2006)
  • 著者名/発表者名: L.Arnaudon et al.
  • 雑誌名: CERN-AB 2006-084 ページ: 1-1
• [雑誌論文] Conceptual design of the SPL II : A high-power superconducting H- linac at CERN (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Baylac et al.
  • 雑誌名: CERN Yellow Report 2006-006 ページ: 1-1
• [雑誌論文] Photocathode microwire monitor for nondestructive and highly sensitive spatial profile measurements of ultraviolet, x-ray, and charged particle beams (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Hori
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 76 ページ: 113303-113303
• [雑誌論文] Design and Construction of a Beam Shape and Halo Monitor for the CERN SPL (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Hanke, M.Hori
  • 雑誌名: CERN-CARE/HIPPI 005 ページ: 1-7
• [備考]
  • URL: http://www.cern.ch/asacusa