Ｊ－ＰＡＲＣにおけるミューオニウム超微細構造の精密測定実験

• 研究課題/領域番号: 14J11374
• 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: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 神田 聡太郎 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: ミューオン / ミューオニウム / 超微細構造 / 精密測定 / J-PARC / 大強度ビーム / 分光 / 陽電子検出器 / ミューオン検出器 / 検出器

研究実績の概要

今年度は、初年度に行った開発およびシミュレーションの成果を集約して，最終的な分光実験に向けた各測定器の準備および実験装置のすべてを組み合わせた動作試験を行った．
陽電子検出器の実機量産および試験を行い，期待通りの性能が得られていることを実験室での試験およびJ-PARCでのビーム試験を通して確認し，大強度のパルスミューオンビームに由来する高計数率の陽電子を少ない数え落としで位置有感に検出することに成功した．
ファイバービームプロファイルモニタのビーム試験を行い，実験で用いるビームの形状および強度を測定することに成功した．得られたビームプロファイルは期待通りのものであった．この開発によって，従来型のモニタとの比較で物質量を3/4に低減し，検出効率の一様性を最大で10倍程度改善することができた．
系統誤差に関する数値計算フレームワークを改良し，標的領域における磁場分布およびRF強度分布を考慮した現実的な共鳴曲線の数値計算を確立した．測定における系統誤差の主要な要因として考えられるいくつかの量について物理実験のセットアップにおいて実測を行った．
2016年2月にJ-PARC MLF MUSEにおいて最初の分光実験を行った．実験施設における不測の事態により予定の1/3のビーム強度かつ短いビーム供給時間ではあったものの，物理測定に必要なすべての要素を組み上げて行った最初の実験であり，実験中に発生した問題への対処を含めて，大強度パルスミューオンビームを用いた新世代の精密測定実験の基礎を確立することには成功したと言える．ビーム強度は依然として制限されているものの4倍の測定時間が確保可能なビームタイムが2016年6月に予定されており，先行実験を上回る精度でミューオニウム超微細構造を決定することが期待される．

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a new positron counting system with SiPM readout for muon spin spectrometers (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda for the MuSEUM Collaboration
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: PhotoDet2015 ページ: 39-44
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of magnetic shield for the MuSEUM experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 雑誌名: RIKEN Accelerator Progress Report 巻: 49
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 大強度ビームによるミューオン基礎物理と次世代陽電子検出器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎
  • 雑誌名: めそん (日本中間子科学会 学会誌) 巻: 43
• [雑誌論文] Development of 3D imaging of muon stopping distribution for Muonium HFS measurement (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda et al.
  • 雑誌名: KEK MSL Progress Report 巻: 2014 ページ: 46-46
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Status of the New Muonium HFS Experiment at J-PARC/MUSE (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Strasser, M. Aoki, Y. Fukao, Y. Higashi, T. Higuchi, H. Iinuma, Y. Ikedo, K. Ishida, M. Iwasaki, R. Kadono, O. Kamigaito, S. Kanda, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: NuFact2014 ページ: 94-101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of online beam profile monitor for the MuSEUM experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 雑誌名: RIKEN Accelerator Progress Report Vol. 48 巻: 48 ページ: 1-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC and integrated detector system for high-intensity pulsed muon beam experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda et al.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: TBD ページ: 1-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of muonium emission rate from silica aerogel with a laser-ablated surface (2014)
  • 著者名/発表者名: G.A. Beer, Y. Fujiwara, S. Hirota, K. Ishida, M. Iwasaki, S. Kanda, H. Kawai, N. Kawamura, R. Kitamura, S. Lee, W. Lee G.M. Marshall, T. Mibe, Y. Miyake, S. Okada, K. Olchanski, A. Olin, Y. Oishi, H. Onishi, M. Otani, N. Saito, K. Shimomura, P. Strasser, M. Tabata, D. Tomono, K. Ueno, K. Yokoyama, E. Won
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 091C01 号: 9 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] J-PARCにおけるミューオニウム超微細構造の直接測定実験のための検出器開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 東北学院大学 (宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Development of a fiber beam profile monitor for the experiments with low energy charged particle beam (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: LEAP2016
  • 発表場所: 歌劇座 (石川県金沢市)
  • 年月日: 2016-03-06
  • 国際学会
• [学会発表] Direct measurement of muonium ground state hyperfine splitting at zero magnetic field (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: HINT2015
  • 発表場所: J-PARC (茨城県東海村)
  • 年月日: 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] J-PARC におけるミューオニウム超微細構造の直接測定実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪市立大学 (大阪府東大阪市)
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Development of detector system for the experiments with high-intensity pulsed muon beam (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎
  • 学会等名: 計測システム研究会
  • 発表場所: 大阪大学 (大阪府茨木市)
  • 年月日: 2015-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a new positron counting system with SiPM readout for muon spin spectrometers (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: PhotoDet2015
  • 発表場所: モスクワ (ロシア)
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] MuSEUM実験のための大強度ミューオンビームに対応したビームプロファイルモニタおよび陽電子検出器の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田 聡太郎
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: Waseda University, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Development of the Detector System for the MuSEUM Experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: 第三回物構研サイエンスフェスタ
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] MuSEUM実験のための陽電子検出器およびミュオンビームプロファイルモニタの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田 聡太郎
  • 学会等名: RCNP研究会
  • 発表場所: RCNP, Osaka, Japan
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-07
• [学会発表] MuSEUM実験における大強度ミューオンビームに対応したビームプロファイルモニタおよび陽電子検出器の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神田 聡太郎
  • 学会等名: J-PARC計測システム研究会
  • 発表場所: J-PARC, Tokai, Japan
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [学会発表] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: HAWAII2014
  • 発表場所: Hawaii, U.S.
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
• [学会発表] MuSEUM; Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: USMM2014
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [学会発表] J-PARCにおけるミューオニウム超微細構造精密測定実験-大強度ミューオンビーム環境におけるミューオン/陽電子検出器の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神田 聡太郎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: Saga University, Saga, Japan
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [学会発表] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC and Integrated detector system for high-intensity pulsed muon beam experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: J-PARC2014
  • 発表場所: J-PARC, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Precision Measurement of Muonium Hyperfine Splitting at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda
  • 学会等名: EGAS46
  • 発表場所: Lille, France
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-04
• [備考] MuSEUM; J-PARCにおけるミューオニウム超微細構造精密測定実験
  • URL: http://g-2.kek.jp/gakusai/research_MuHFS.html