超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア総括

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
• 研究課題/領域番号: 23108001
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 鳥養 映子 山梨大学, 総合研究部, 教授 (20188832)
• 研究分担者: 三宅 康博 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 (80209882) ; 門野 良典 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 (10194870) ; 岩崎 雅彦 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 主任研究員 (60183745)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 超低速ミュオン / スピン / イメージング / 情報発信 / 有機的連携

研究実績の概要

本領域は、超低速ミュオン顕微鏡(USMM)によるイメージング法を確立し、スピン時空相関の概念により、多様な物理、化学、生命現象統一的に理解する新しい学術領域の開拓を目指す。総括班は、１各計画班および公募研究の有機的な連携促進と研究支援、２領域の運営と研究遂行に関する一元的な窓口、 ３共同研究、研究人材育成の組織的推進、４評価と助言・指導、５成果の情報発信の機能を果たす。
H25年5月のJ-PARCハドロン施設の事故以来18か月にわたり停止していた本実験装置への施設側からのミュオンビーム供給がH26年11月に再開されたが、H27年1月の物質生命科学実験施設の火災により再び停止中である。このため、ミュオンビームを用いた超低速ミュオン発生には至っていないが、前年度に完成した超低速ミュオン実験装置（A-leg）において、ビーム停止中の予備実験としてライマンαレーザー光による水素原子のイオン化と輸送に成功した。ミュオンビーム供給とともに超低速ミュオン実験を効率的に実施するために、H27年3月にライマンαレーザー装置開発に関する国際諮問委員会を開催した。その答申に基づきレーザーのさらなる高度化とバックアップレーザーの準備を始めた。
【計画研究部門】９月に開始した領域会議を中心に、計画研究・公募研究が一堂に会して班を越えた共同研究体制を整えた。ニュースレターを発行した。
【イノベーション創出部門】μSR国際会議を始め、国内外の種々の会議において本プロジェクトの成果を発表し、異分野、隣接分野への広報と交流を深めた。
【評価部門】領域会議及びレーザー国際諮問委員会において、領域代表らから研究計画の進捗と成果について報告を受け、指導・助言を行った。レーザー国際諮問委員会に、VUVレーザー、レーザー媒質、超低速ミュオン発生技術等の専門家を臨時委員（海外３名、国内３名）を招聘した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

H26年度の最大の目標は、施設の事故により遅れている超低速ミュオン発生実験を成功させ、薄膜や積層膜等でテスト実験を開始すること、研究成果を世界に情報発信することであった。実験装置本体は前年度までにほぼ完成しH26.3月にはビームラインの法定施設検査にも合格し、年度当初には超低速ミュオン発生は確実と予想していた。しかし、本実験装置にミュオンを供給するビームライン（施設側）の真空漏れ、H27年1月の隣接ビームラインにおける火災事故により、今年度もほとんどビーム供給がなく、超低速ミュオン発生にも、これを用いた研究開始にも至っていない。
かかる状況にもかかわらず、周辺装置の整備や、他施設を用いた予備実験は順調に進めることができた。相補的な研究手段であるPSIの低エネルギーミュオンやTRIUMFのβ-NMRを用いた磁性・超伝導薄膜や高分子材料の実験では、本プロジェクトの空間分解能なしには究明できない興味深い現象の予兆が発見された。また、これまでミュオンが使われていなかった生命科学において、医薬品研究につながる酵素研究のトライアル実験が採択され、触媒化学分野でも基礎データが集積されている。
さらに、ハドロン施設の事故を契機に再構成された加速器施設の安全管理体制と安全対策に基づき、本プロジェクトの安全管理体制と対策を強化した。

今後の研究の推進方策

設置施設側の都合でH27年度10月以降に延期された超低速ミュオン発生及び薄膜実験の開始に向けて、計画研究者、公募研究者、実験研究者、理論研究者の有機的連携をさらに強化して、総力を挙げて取り組む。
国際レーザー諮問委員会の答申を受けて、ミュオニウム共鳴イオン化用レーザー装置の高強度化とバックアップレーザーの整備を最優先で実施する。
超低速ミュオン顕微鏡を用いた研究は、H25年度の施設閉鎖とその後遺症により大幅なビームタイムの削減となった。新規開発された高利得結晶のさらなる高性能化を追求しつつ、レーザー強度とビーム形状の最適化をはかりながら、J-PARCの陽子ビームのパワーアップに合わせたライマンα光の高強度化、すなわち超低速ミュオン強度の増強を図る。
実験研究は、超低速ミュオンの深さ方向分解能等の性能に応じて、計画研究、公募研究で提案されている研究課題についての優先順位を領域全体で議論し、ピークとなる研究成果を挙げることと、新しい分野への展開をはかることのバランスをとりながら進めていく。
計画研究分担者、連携研究者、公募研究者からのいずれも重要な実験提案と、大幅に減少した実験時間の調整を図るために、残る研究期間中にできるだけ多くの研究者が超低速ミュオン実験を経験できるよう、関連する研究はグルーピングして共同研究をより一層推進する方向で，研究課題，研究チーム間の有機的連携を進める。そのために、領域会議、班会議、班を超えた連携会議で十分な相互理解をはかる。

研究成果

• [雑誌論文] Study of structures, energies and vibrational frequencies of (O2)n+(n = 2- 5) clusters by GGA and meta-GGA density functional methods (2015)
  • 著者名/発表者名: G. P. Khanal, R. Parajuli , E. Arunan, S. Yamabe, K. Hiraoka, and E. Torikai,
  • 雑誌名: Computational and Theoretical Chemistry 巻: 1056 ページ: 24-36
  • DOI: doi:10.1016/j.comptc.2014.12.022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First accurate experimental study of Mu reactivity from a state-selected reactant in the gas phase: the Mu + H2{1} reaction rate at 300 K (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Bakule, O. Sukhorukov, K. Ishida, F. Pratt, D. Fleming, T. Momose, Y. Matsuda, and E. Torikai,
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 48 ページ: 045204(1-18)
  • DOI: doi:10.1088/0953-4075/48/4/045204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydration effect on electron transfer in Cytochrome c monitored by μSR (2015)
  • 著者名/発表者名: A. D. Pant, Y. Sugawara, I. Yanagihara, G. P. Khnal, I. Shiraki, W. Higemoto, K. Shimomura, K. Ishida, F. L. Pratt,Eiko Torikai and Kanetada Nagamine,
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan: Conference Proceedings 巻: 未定 ページ: 未定
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Current status of the J-PARC muon facility, MUSE (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake, K. Shimomura, N .Kawamura, P. Strasser, A. Koda, H. Fujimori, Y. Ikedo, S. Makimura, Y. Kobayashi, J .Nakamura, K. Kojima, T. Adachi, R .Kadono, S. Takeshita, K. Nishiyama, W. Higemoto, T. Ito, K. Nagamine, H. Ohata, Y. Makida, M. Yoshida, T. Okamura, R. Okada and T. Ogitsu
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 551 ページ: 012061(1-7)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design and construction of the ultra-slow muon beamline at J-PARC/MUSE (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Strasser, Y. Ikedo, S. Makimura, J. Nakamura, K. Nishiyama, K. Shimomura, H. Fujimori, T. Adachi, A .Koda, N. Kawamura, Y. Kobayashi, W. Higemoto, T.U. Ito, T. Nagatomo, E. Torikai, R. Kadono and Y. Miyake
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 551 ページ: 012065(1-7)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimal crossed overlap of coherent vacuum ultraviolet radiation and thermal muonium emission for μSR with the Ultra Slow Muon (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Nakamura, Y. Oishi, N .Saito, K. Miyazaki, K. Okamura,W.Higemoto, Y. Ikedo, K. M. Kojima , P. Strasser,T. Nagatomo, S. Makimura, Y. Miyake, N. Kawamura, K. Yokoyama, D. Tomono, K. Shimomura, S. Wada, A. Koda, Y. Kobayashi, H. Fujimori, R. Kadono and K .Nishiyama
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 551 ページ: 012066(1-6)
  • DOI: 1088/1742-6596/551/1/012066
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance of a Superconducting Magnet System Operated in the Super Omega Muon Beam Line at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Makida ,Y. Ikedo, T. Ogitsu, K. Shimomura, Y. Miyake, M. Yoshida, T. Adachi, R. Kadono, N. Kawamura, P. Strasser, A. Koda, H. Fujimori, K. Nishiyama, H. Ohhata, T. Okamura, R. Okada, T. Orikasa
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1573 ページ: 438-447
  • DOI: doi: 10.1063/1.4860734
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cosmic-ray muon spin rotation in Fe and industrial application (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagamine, T. Fujimaki, T. Hashimoto, M. Tsukamoto, S. Kubota, T. Hirai, A. Manabe, Y. Tomisawa, A. D. Pant, and E. Torikai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 551 ページ: 012064（1-7）
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012064
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Muonium response to oxygen content in biological aqueous solutions for cancer research (2014)
  • 著者名/発表者名: A. D. Pant, K. Nagamine, I. Shiraki, E. Torikai, K. Shimomura, F. L. Pratt, H. Ariga, K. Ishida, and J. S. Schultz
  • 雑誌名: Ｊournal of Physics: Conference Series 巻: 551 ページ: 012043（1-6）
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012043
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bulk superconductivity in undoped T′-La1.9Y0.1CuO4 probed by muon spin rotation (2014)
  • 著者名/発表者名: K. M. Kojima, Y. Krockenberger, I. Yamauchi, M. Miyazaki, M. Hiraishi, A. Koda, R. Kadono, R. Kumai, H. Yamamoto, A. Ikeda, and M. Naito
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 1805081-1805085
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.180508
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [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. IshidaM. 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, H. Ohnishi, Y. Oishi, M. Otani, N. Saito, K. Shimomura, P. Strasser, M. Tabata, D. Tomono, K.Ueno E. Won, and K. Yokoyama,
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 9 ページ: 091C01(1-7)
  • DOI: DOI: 10.1093/ptep/ptu116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 超低速ミュオンを使った素粒子、物質科学への展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鳥養映子
  • 学会等名: 第6回研究会「Muon 科学と加速器研究
  • 発表場所: 大阪大学核物理研究センター（RCNP) （大阪府茨木市）
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-07
• [学会発表] J-PARCミュオン施設（MUSE）で展開されるミュオン科学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 学会等名: 第55回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 大阪府立大学「I-site なんば」(大阪府大阪市)
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア (2014)
  • 著者名/発表者名: 鳥養映子
  • 学会等名: 第55回真空に関する連合発表会
  • 発表場所: 大阪府立大学「I-site なんば」（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] 低エネルギーミュオンで見たT'相非ドープ銅酸化物の超伝導と磁性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 門野 良典
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 中部大学 春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] J-PARC MUSE (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyake
  • 学会等名: NuFACT2014
  • 発表場所: Glasgow（Scotland）
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-30
• [学会発表] Frontier of Materials, Life and Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Torikai, Y. Miyake, R. Kadono and M. Iwasaki
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • 発表場所: つくば国際会議場（エポカルつくば）（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
  • 招待講演
• [学会発表] Current status of the J-PARC muon facility, MUSE (2014)
  • 著者名/発表者名: Y Miyake, K Shimomura, N Kawamura, P Strasser, A Koda, H Fujimori, Y Ikedo, S Makimura, Y Kobayashi, J Nakamura, K Kojima, T Adachi, R Kadono, S Takeshita, K Nishiyama, W Higemoto, T Ito, K Nagamine, H Ohata, Y Makida, M Yoshida, T Okamura, R Okada and T Ogitsu
  • 学会等名: 13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance
  • 発表場所: Grindelwald（Switzerland)
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [学会発表] Frontier of Materials, Life and Particle Science Explored by (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Torikai, Y. Miyake, R. Kadono,and M. Iwasaki
  • 学会等名: The 13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2014)
  • 発表場所: Grindelwald（Switzerland)
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [備考] 計画研究A03班表面－バルク境界領域のヘテロ電子相関
  • URL: http://msl.kek.jp/a03/
• [備考] 岩崎先端中間子科学研究室
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/rnc/adv_mes/
• [備考] 新学術領域「超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
  • URL: https://slowmuon.jp/
• [備考] A01班 超低速ミュオン Ultra Slow Muon 領域番号2307
  • URL: http://slowmuon.kek.jp
• [備考] MSLミュオン科学研究系
  • URL: http://msl.kek.jp/MSL_result.html