反陽子を用いた反物質科学

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10NP0101
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小牧 研一郎 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (40012447)
• 研究分担者: 森田 紀夫 岡崎国立研究機構, 分子科学研究所, 助教授 (30134654) ; 早野 龍五 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (30126148) ; 山崎 泰規 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (30114903) ; EADES John CERN研究所, EP/APE division, 上級研究員 ; 上村 正康 九州大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10037210)
• キーワード: 反陽子 / エキゾティック原子 / 反物質 / レーザー分光 / CERN / トラップ原子 / 超低速反陽子ビーム / CPT対称性

研究概要

本研究の目的は、CERN研究所に建設中の反陽子減速器(AD:平成11年秋に稼働開始)において生成する超低速反陽子ビームを用いて反陽子と原子の衝突、反陽子原子の生成・分光等を行うことである。実験計画は、CERN研究所においてASACUSA実験(低速反陽子を用いた原子分光と原子衝突)として承認されている。今年度は、ADからのビームを直接利用する反陽子ヘリウム原子の精密レーザー分光実験を開始するとともに、後段減速器RFQの建設、超低速反陽子ビーム生成装置MUSASHIの開発を進めた。
1.ADからの5MeVの反陽子を数十keVまで減速する反陽子線型減速器(RFQ)をCERN加速器部門の協力を得て建設した。陽子を用いた減速試験に成功した後、ADに設置して反陽子の減速試験を行い、所期の性能を発揮できることを確認した。
2.ADにおいて反陽子ヘリウム原子の精密レーザー分光を行い、次の成果を上げた。(a)反陽子の電荷および質量を50ppbの精度で決定(従来の値を一桁更新)、(b)三体電磁量子力学計算の精密な検証、(c)レーザー・マイクロ波三重共鳴法による反陽子磁気能率決定実験方法の開拓。
3.一昨年度東京大学(駒場)に建設した反陽子捕捉トラップと輸送ビームラインからなる単色超低速反陽子ビーム生成装置(MUSASHI:Monoenergetic Ultra Slow,Antiproton Source for High-precision Investigations)をシステムとして完成した。なかでも、(a)プロトンプラズマの生成、形状のコントロール、捕捉プロトン数の非破壊測定法の開発、(b)DCビーム取り出し法の開発、(c)低速ビームの効率的輸送法の開発、を計画し、ほぼ、所期の目的を達した。
4.年度末にはMUSASHI装置一式をCERNに搬出し、来年度初頭から本格的実験を始める準備を整えた。
5.理論グループは、組替えチャネル結合法により、反陽子ヘリウム原子(J=35,v=1)の超微細構造の精密計算を行なった。また、J=33,v=3の短寿命状態の位置と崩壊幅の予言を行ない、実験によって確認された。また、反陽子と水素原子の衝突を分析する理論計算コードの開発を3通りの方法で行い、実験データとの比較を行なった。12月に理論グループ主催の第2回「反陽子を用いた反物質科学」研究会を開き、上記の成果発表を初めとして、1年間の総括と来年度の計画を討論した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamazaki: "Conference Report-International worksop on Atomic Collisions and Atomic Spectroscopy with Slow Antiprotons (pbar99)"Comments on Modem Physics, Section D Comm.Atom.Mol.Phys.. 2. 67-74 (2000)
• [文献書誌] R.S.Hayano: "Precision spectroscopy of antiprotonic atoms"Nucl.Instrum.Meth.. B171. 145-152 (2000)
• [文献書誌] R.S.Hayano: "Laser spectroscopy of antiprotonic helium and stringent constraint on the antiproton charge and mass"Nucl.Phys.A. 663. 955-958 (2000)
• [文献書誌] R.S.Hayano: "Antiprotonic Helium - a window into the antiworld"Few-Body Systems. Suppl.12. 1-6 (2000)
• [文献書誌] T.Azuma et al.: "ASACUSA Status Report"CERN/SPSC. M661. 1-8 (2001)
• [文献書誌] E.Hiyama: "Lambda-N spin-orbit splittings in 9Be-Lambda and 13C-Lambda studied with one-boson-exchange Lambda-N interactions"Physical Review Letters. 85・2. 270-273 (2000)
• [文献書誌] Y.Kino: "High-precision calculation of antiprotonic helium atomcules and antiproton mass"Few Body Systems. Suppl.12. 40-44 (2000)
• [文献書誌] E.Hiyama: "Four-body calculation of 4H-lambda and 4He-lambda with sigma N-lambda Nconversion"Few Body Systems. Suppl.12. 347-352 (2000)
• [文献書誌] N.Yamanaka: "Coupled-rearrangement channel calculation of the fine and hyperfine structures of the antiprotonic helium atom"Physical Review A. 63・1. 012518-1-012518-6 (2001)
• [文献書誌] Y.Yamazaki: "X-ray and Innershell Processes-18^<th>International Conf.(Atomic Collisions with Ultra Slow Antiprotons,p.533-546)" American Institute of Physics. 694 (2000)