反陽子パルスビームを用いた反陽子原子分光のための測定器開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09554018
• 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, 教授 (30126148)
• キーワード: 反陽子 / 反陽子ヘリウム原子 / エキゾティック原子 / チェレンコフ測定器 / レーザー分光 / 光電子増倍管 / パルスビーム / CERN

研究概要

本研究では、1999年よりCERN研究所で稼働を開始する低速パルス反陽子源、AD(AntiprotonDecelerator)を用いた研究に向けて、実験計画立案と、測定装置の開発を行った。研究の2年目にあたる本年は、アナログ法による反陽子消滅検出測定器の試作を行い、電子シンクロトロンを用いてテスト実験を行った。その内容及び成果は以下の通り。
1. 反陽子をヘリウム媒質中に打ち込むと97%は即時消滅するが、3%が反陽子ヘリウム原子を生成して遅延消滅(主としてπ中間子放出)をする。この遅延部分の遅延消滅時間スペクトルをパルスビームの環境で高精度で測定するには、十分なダイナミックレンジで直線性を保証されたアナログ測定器が求められる。
2. π中間子測定はチェレンコフカウンターで行うこととし、その出力を光電子増倍管で検出する。光電子増倍管としてはゲート付のメッシュダイノード型を新開発し、ゲート動作や直線性に関して詳細な検討を行った。また、光電子増倍管の出力波形は、ディジタルオシロスコープによって記録し、その波形出力の解析から反陽子消滅時間スペクトルを再構成する。
3. チェレンコフカウンターの応答をモンテカルロ法でシミュレートした。電子シンクロトロンで測定した光子数/入射粒子数比とをシミュレーションにフィードバックすることで、信頼性の高いシミュレーションを実現した。
4. 開発された測定器は我々の実験計画実現に十分な性能を有することが確認され、実際に1999年にCERNにおける実験で使用される。

研究成果

• [文献書誌] H.A.Torii,et al.: "Laser Measurements of the density shifts of resonance lines in antiprotonic helium atoms and stringent constraint on the antiproton" Physical Review. A59. 223-229 (1999)
• [文献書誌] F.J.Hartmann et al.: "Laser spectroscopy of metastable states in the v=2 cascade of antiprotonic" Physical Review. A58. 3604-3610 (1998)
• [文献書誌] B.Ketzer et al.: "Quenching of metastable states of antiprotonic helium atoms by collisions with H2 molecules" Journal of Chemical Physics. 109. 424-431 (1998)
• [文献書誌] M.Hori et al.: "Laser spectroscopy studies of state-dependent collisional quenching of the lifetimes of metastable antiprotonic helium atoms." Physical Review. A58. 1613-1627 (1998)
• [文献書誌] R.S.Hayano: "Laser spectroscopy of Protonium" Proceedings of LEAP98. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] 山下賢哉: "修士論文(東京大学)" 反陽子消滅検出器とアナログ計測法の考察, 65 (1999)