| 研究課題/領域番号 |
19K21872
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
飯沼 裕美 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (60446515)
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| 研究分担者 |
神田 聡太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (10800485)
河村 成肇 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (60311338)
仁尾 真紀子 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 上級研究員 (80283927)
下村 浩一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (60242103)
西村 昇一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 博士研究員 (20836431)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
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| キーワード | ミュオンペニングトラップ / 高電圧チェンバー / 精密電磁場解析 / ペニングトラップ / ４極電場 / ミューオン / 磁気モーメントg因子 / ペニントラップ / 冷却ミューオンビーム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ミューオンを単独で電磁場内に捕獲するためのペニングトラップ装置の開発を行う。この装置を用いて短寿命荷電粒子の精密計測の基礎実験技術を確立させる。さらに高精度での測定にむけて乗り越えるべき課題を明らかにし、その解決方法を探る。
将来的には、ミューオンやミューオニック原子の質量mや磁気モーメントの大きさを決めるg 因子をペニングトラップ実験によって世界最高精度で求めることを念頭に、本研究課題2 年間で全くの白紙からロケットスタートする。精密測定によって、既知の物理学の限界を究め、さらに新しい物理の探索を行う、低エネルギー素粒子実験とも呼ぶべき分野を新たに開拓し確立することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
ミュー粒子やミューオニック原子の質量mや磁気モーメントの大きさを決めるg 因子をペニングトラップ実験によって世界最高精度で検出する実験構想を白紙状態から練りあげた。実験にかかる技術的な課題の調査、開発項目の洗い出しを行い概念設計をまとめること、電子や中性子ではおなじみだが、ミュー粒子では前例のない「単独粒子の電磁場内に捕獲する」ためのペニングトラップ装置の開発を行い、短寿命荷電粒子の精密計測の基礎実験技術の確立に取り組んだ。2019年に捕獲後の粒子状態検出手法検討のため国際シンポジウムを開催し、高電圧チェンバーを詳細設計した。更に、大型予算（基盤S)の獲得につながる基礎研究成果にまとめた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
世界最高強度の陽子ビームから生成される高品質ミュオンビームを駆使した、ほぼ静止状態のミュオン粒子の電磁場内の捕獲は、前例のない実験となる。この技術開発はミュオンに留まらず、さらに重く不安定な短寿命荷電粒子の精密計測の基礎実験技術の確立につながる。強磁場中に設置する高周波高電圧チェンバーの技術は、基礎物理実験だけでなく、医療用MRIで用いられる高周波磁場調整技術とも関連する。本研究では、電磁場計算精度 0.1ppmを達成；原理的に超高精度で電磁場制御できるを確認した。実機製作に向けた設計ツールを一般化して医療分野を始め、精密電磁場制御を必要とする科学分野への波及効果も期待できる。
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