| 研究課題/領域番号 |
21H04481
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
Patrick Strasser 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 (20342834)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
2021年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
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| キーワード | 負ミュオン / ミュオニックヘリウム原子 / 超微細構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ミュオニックヘリウム原子の超微細構造を精密に測定することで、負ミュオンの磁気モーメントと質量を高精度で決定する。ミュオン（第二世代レプトン）におけるCPT不変性を、すでに正確に知られている正ミューオンの質量と負ミューオンの質量を比較することで、これまでの約百倍高い精度で検証する新しい物理学を求めている。併せて先行実験の約千倍高精度の超微細構造を測定することで、量子3体系の最新理論計算との突き合わせをおこなう。J-PARCにおける世界最高強度のパルス負ミュオンビームを利用し、光ポンピングによる高偏極ミュオニックヘリウム原子を生成する方法を組合せることで精度を上げこれを達成する。
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| 研究成果の概要 |
J-PARCミュオン実験施設にて、ミュオニックヘリウム原子（μHe）の超微細構造をマイクロ波分光し、負ミュオンの磁気能率と質量を高精度で決定する。先行実験から約40年ぶりにゼロ磁場での精密測定を行い、世界記録を1.5倍更新すると同時に、ヘリウム・メタン混合ガスによる中性μHeの生成にも成功した。分光精度向上のため、スピン交換光ポンピングでμHeを再偏極させるハイブリッドSEOP技術を開発、実証試験に成功した。今後は分光実験へ実装し、正負ミュオン質量比較によるCPT不変性の検証や、測定値と計算値の比較による量子電磁力学の検証を目指す。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
μHe原子の基底状態における超微細構造の精密分光により基礎物理定数としてのミュオン質量を高精度で決定し、既知の物理法則の限界を探究する。成果として、ヘリウムガスに微量のメタンを添加してμHe イオンの中性化効率を向上させることに成功した。また、スピン偏極移行を高速化するハイブリッドSEOP技術をμHeの再偏極に応用し、原理実証に成功した。中性化効率と偏極移行効率はいずれも原子の分光精度を左右する重要な物理量である。これらの評価から分光計測の測定精度をさらに一桁向上させる見通しを得た。
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