エアロゲルを用いた高収率ミューオニウム生成・放出標的の開発

• 研究課題/領域番号: 17K05466
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2018-2020); 名古屋大学 (2017)
• 研究代表者: 鈴木 一仁 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究員 (30547534)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ミューオニウム / エアロゲル / 素粒子実験 / 原子・分子物理 / 合成化学

研究成果の概要

素粒子の一つであるミュー粒子は、素粒子物理と物性物理の研究にわたって、未知の現象を捉える重要な探針として用いられている。高品質のミュー粒子ビームを生成するにはミュー粒子の革新的な冷却技術が必要である。本研究で開発を進めたミューオニウム（正ミュー粒子と電子から成る原子状態）の高効率生成・放出標的は、その革新的な冷却技術の重要な要素である。本研究で得られた成果は、素粒子物理学における「新物理」の発見が最も期待される実験の 1つであるミューオン異常磁気モーメントの精密測定を始め、ミューオンとミューオニウムを用いる様々な国際的先端研究を促進する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ミュー粒子はパイ中間子の崩壊で生成され、パイ中間子は陽子と原子核の相互作用で生成されるため、とり得る位置と運動量の領域（「エミッタンス」）が広がっており、電子や陽子などの安定粒子と比べて短い寿命と相まって、ビームとしての取り扱いが困難である。本研究成果を用いてミュー粒子を室温程度の熱エネルギーまで冷却することで、エミッタンスの小さい高品質のミュー粒子ビームが生成でき、素粒子特性の超精密精密測定における探針として、また物性における細密構造解析における探針として、様々な最先端研究での利用が期待される。冷却されたミューオニウム（正ミュー粒子と電子から成る原子状態）自身も、理論の精密検証に利用できる。

研究成果

• [国際共同研究] TRIUMF/The University of British Columbia/University of Victoria(カナダ)
• [国際共同研究] TRIUMF/The University of British Columbia/University of Victoria(カナダ)
• [国際共同研究] TRIUMF/The University of British Columbia/University of Victoria(カナダ)
• [国際共同研究] TRIUMF/The University of British Columbia/University of Victoria(Canada)
• [雑誌論文] Study of muonium emission from laser-ablated silica aerogel (2020)
  • 著者名/発表者名: J. Beare, G. Beer, J.H. Brewer, T. Iijima, K. Ishida, M. Iwasaki, S. Kamal, K. Kanamori, N. Kawamura, R. Kitamura, S. Li, G.M. Luke, G.M. Marshall, T. Mibe, Y. Miyake, Y. Oishi, K. Olchanski, A. Olin, M. Otani, M.A. Rehman, N. Saito, Y. Sato, K. Shimomura, K. Suzuki,*, M. Tabata, and H. Yasuda
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys 巻: 2020 号: 12
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa145
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] The status and prospect of the muon g-2/EDM experiment at J-PARC (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: Anomalies 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of the muonium production target for the muon g-2/EDM experiment at J-PARC (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: J-PARC Symposium 2019
  • 国際学会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: New Developments of Muon Precesion Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-PARC Muon g-2/EDM Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一仁
  • 学会等名: 第9回 Muon科学と加速器研究
• [学会発表] J-PARCミューオンg-2/EDM実験のためのレーザー加工したシリカエアロゲル標的からのミューオニウム放出の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一仁
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] Development of the Muonium Production Target for the J-PARC muon g-2/EDM experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: Physics of muonium and related topics
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the Muonium Production Target for the Ultra-cold Muon Beam (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: Mini-workshop on monium and muonic hydrogen laser spectroscopy
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the Target for Muoniuum Production at Room Temperature (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: 第8回 Muon科学と加速器研究
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM experiment: 2017 experiment result of muonium emission from laser-ablated silica aerogel (2018)
  • 著者名/発表者名: Sirui Li
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] Optimization of thermal muonium yield from silica aerogel with laser-ablated holes for muon g-2/EDM experiment at J-PARC (2017)
  • 著者名/発表者名: Sirui Li
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] Studies on muonium emission from laser-ablated silica aerogel targets for the polarized, ultra-cold muon source of the muon g-2/EDM experiment at J-PARC (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Suzuki
  • 学会等名: 2017 International Workshop on Polarized Sources, Targets, and Polarimetry
  • 国際学会
• [備考] 東大齊藤研究室/総研大ミューオン精密測定研究室: TRIUMFにおけるミューオニウム生成実験
  • URL: http://g-2.kek.jp/gakusai/