反陽子ヘリウム原子を 用いた陽子・電子質量比の精密測定

• 研究課題/領域番号: 25247032
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 早野 龍五 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (30126148)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 40,300千円 (直接経費: 31,000千円、間接経費: 9,300千円); 2017年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2016年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2015年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2014年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2013年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 素粒子(実験) / 原子物理学実験 / 基礎物理定数 / CERN / 反陽子 / 素粒子実験 / 反物質 / レーザー分光 / 素粒子（実験） / 基礎素物理定数 / CODATA

研究成果の概要

CERN研究所の反陽子減速器において「反陽子ヘリウム原子（ヘリウム原子核に、反陽子と電子が一個ずつ束縛された準安定な中性原子）」の精密レーザー分光を行い、基礎物理定数の一つである（反）陽子・電子質量比を高精度で決定することを目指した。
レーザー分光で得た複数の共鳴線の中心周波数と、三体の量子電磁力学計算結果との比較から、反陽子と電子の質量比を、相対標準不確かさで0.8ppb（ppbは十億分の1）で決定した。これは、CODATA2010で推奨されている陽子・電子質量比と同等以上の精度である。 結果は、2016年度にScience誌に発表した。

研究成果

• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] マックス・プランク量子光学研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] ウィグナー研究所(ハンガリー)
• [国際共同研究] ブレチア大学(イタリア)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] マックス・プランク量子光学研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] ウィグナー研究所(ハンガリー)
• [国際共同研究] ブレチア大学(イタリア)
• [国際共同研究] CERN研究所(スイス)
• [国際共同研究] マックスプランク量子光学研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] ブレシア大学(イタリア)
• [国際共同研究] ウィグナー研究所(ハンガリー)
• [雑誌論文] Measurement of the antiproton-nucleus annihilation cross-section at low energy (2018)
  • 著者名/発表者名: Aghai-Khozani H.、Bianconi A.、Corradini M.、Hayano R.、Hori M.、Leali M.、Lodi Rizzini E.、Mascagna V.、Murakami Y.、Prest M.、Vallazza E.、Venturelli L.、Yamada H.
  • 雑誌名: Nuclear Physics A 巻: 970 ページ: 366-378
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2018.01.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Buffer-gas cooling of antiprotonic helium to 1.5 to 1.7 K, and antiproton-to-electron mass ratio (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hori, H. Aghai-Khozani, A. Soter, D. Barna, A. Dax, R. Hayano, T. Kobayashi, Y. Murakami, K. Todoroki, H. Yamada, D. Horvath, L. Venturelli
  • 雑誌名: Science 巻: 354 号: 6312 ページ: 610-614
  • DOI: 10.1126/science.aaf6702
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Instrumentation for measurement of in-flight annihilations of 130 keV antiprotons on thin target foils (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Todoroki, D. Barna, R. Hayano, H. Aghai-Khozani, A. Soter, M. Corradini, M. Leali, E. Lodi-Rizzini, V. Mascagna, L. Venturelli, V. Prest, L. Vallazza, D. De Salvador, M. Hori
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research 巻: A835 ページ: 110-118
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.08.026
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New results of the antiproton-carbon annihilation cross section measurement at low energies (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Aghai-Khozani, M. Corradini, R. Hayano, M. Hori, M. Leali, E. Lodi-Rizzini, V. Mascagna, Y. Murakami, M. Prest, L. Solazzi, E. Vallazza, L. Venturelli and H. Yamada
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 130 ページ: 07014-07014
  • DOI: 10.1051/epjconf/201613007014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Method for laser spectroscopy of metastable pionic helium atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hori , A. Soter, H. Aghai-Khozani, D. Barna, A. Dax, R. S. Hayano, Y. Murakami, H. Yamada
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 233 号: 1-3 ページ: 83-87
  • DOI: 10.1007/s10751-015-1163-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microwave spectroscopic study of the hyperfine structure of antiprotonic He-3 (2013)
  • 著者名/発表者名: Friedreich, S. et al.
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 46 号: 12 ページ: 125003-125003
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/12/125003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-Doppler Two-Photon Laser Spectroscopy of Antiprotonic Helium and the Antiproton-to-Electron Mass Ratio (2013)
  • 著者名/発表者名: Hori, M. et al.
  • 雑誌名: Few-Body Systems 巻: 54 号: 7-10 ページ: 917-922
  • DOI: 10.1007/s00601-013-0653-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the 1154.9 nm transition of antiprotonic helium (2013)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, T. et al.
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 46 号: 24 ページ: 245004-245004
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/24/245004
  • 査読あり
• [学会発表] Physics of ASACUSA: the spectroscopy of antiprotonic helium (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryugo Hayano
  • 学会等名: 2nd Jagiellonian Symposium on Fundamental and Applied Subatomic Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Probing fundamental symmetry using antimatter (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryugo Hayano
  • 学会等名: The 9th Japan-China Joint Nuclear Physics Symposium
  • 発表場所: Osaka University, Osaka, Japan
  • 年月日: 2015-11-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 反陽子ヘリウム原子の高励起状態のレーザー分光実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田裕之
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 東京都新宿区早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 光と反粒子を使って対称性を探る (2015)
  • 著者名/発表者名: 早野龍五
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 東京都新宿区早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] CPT tests with antihydrogen and antiprotonic helium atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Hayano
  • 学会等名: The sixth international conference on Trapped Charged Particles and Fundamental Physics (TCP2014) School
  • 発表場所: RIKEN, 埼玉県和光市
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] CPT tests with antihydrogen and antiprotonic helium atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Hayano
  • 学会等名: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 発表場所: Waikoloa Village, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] hysics of ASACUSA - the spectroscopy of antiprotonic helium (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Hayano
  • 学会等名: Questioning Fundamental Physical Principles
  • 発表場所: CERN, Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2014-05-06 – 2014-05-09
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental studies of exotic atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayano, RS
  • 学会等名: NUSTAR Annual Meeting 2014
  • 発表場所: Darmstadt, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Weighing the Antiproton: Precision Laser Spectroscopy of Antiprotonic Helium Atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayano, RS
  • 学会等名: 7th International conference on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • 発表場所: 日本科学未来館（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] 反陽子ヘリウム原子の波長1154.9 nm遷移の観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林拓実
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚市）
• [学会発表] ASACUSA Overview (2013)
  • 著者名/発表者名: Hayano, RS
  • 学会等名: 11th International Conference on Low Energy Antiproton Physics (LEAP2013)
  • 発表場所: Uppsala, Sweden
  • 招待講演
• [備考] ASACUSA
  • URL: https://home.cern/about/experiments/asacusa
• [備考] ASACUSA collaboration
  • URL: http://asacusa.web.cern.ch/ASACUSA/asacusaweb/main/main.shtml
• [備考] ASACUSA - Antiprotonic Helium
  • URL: http://asacusa.web.cern.ch/ASACUSA/asacusaweb/antiprotonic_helium/main.shtml
• [備考] ASACUSA - antiprotonic helium
  • URL: http://asacusa.web.cern.ch/ASACUSA/asacusaweb/antiprotonic_helium/main.shtml