反陽子を用いた反物質科学

2002 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 泰則 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

本研究は、超低速反陽子ビームを用いた反陽子と原子の衝突、反陽子原子の生成・分光等を目的とし、CERN研究所の反陽子減速器(AD)において行っている。本年度の実験および理論グループの主要な成果は以下のとおり。
1.反水素原子の大量生成に世界で初めて成功した。
2.線形減速器RFQDを用いて反陽子ヘリウム原子を超低圧ヘリウムガス中に生成することによりレーザー分光精度を高め、反陽子の電荷と質量を20ppbで決定した。
3.静電トラップ中に5百万個という大量の反陽子を捕捉し、これを冷却することによって反物質プラズマを生成することに成功した。電子プラズマによる反陽子の冷却過程を電子プラズマの振動モードを非破壊的にプローブし、反陽子入射に伴うプラズマの加熱、冷却過程を観測することに成功した。
4.複素サイズガウスを用いた反陽子ヘリウム原子のエネルギー準位の精密計算を行い、最新のRFQDを使った実験値と実験誤差の範囲で一致し、反陽子と陽子の質量の非対称さを1×10^<-8>で決定した。
5.反陽子と水素原子との衝突でプロトニウム原子が生成される反応過程について、波束の時間発展法に基づいた完全量子論計算を行った。
6.時間依存チャネル結合(TDCC)法を使って反陽子・ポジトロニウム衝突における反水素生成断面積の計算をおこなった。
7.低速反陽子国際会議(LEAP'03)を主催。本研究グループの成果を世界に発信するとともに、低速反陽子を用いた研究の今後の世界的な発展に大いに寄与した。

研究成果

• [文献書誌] R.S.Hayano et al.: "ASACUSA Status Report"CERN/SPSC. M695. 1-32 (2003)
• [文献書誌] E.Widmann et al.: "Measurement of the Antihydrogen Hyperfine Structure"CERN/SPSC. I226. 1-33 (2003)
• [文献書誌] M.Amoretti et al.: "Production and Detection of Cold Antihydrogen Atoms"Nature. 419. 456-459 (2002)
• [文献書誌] D.P.van der Werf et al.: "The ATHENA Positron Accumulator"Applied Surface Science. 194. 312-316 (2002)
• [文献書誌] M.Hori et al.: "Analog Cherenkov Detectors used in Laser Spectroscopy Experiment on Antiprotonic Helium"Nuclear Instrument and Methods A. A409. 102-122 (2003)
• [文献書誌] Widmann et al.: "Hyperfine Structure of Antiprotonic Helium Revealed by a Laser-microwave-laser resonance method"Physical Review Letters. 89. 243402-1-2043402-4 (2002)
• [文献書誌] H.Yamaguchi et al.: "Anomalies in the Decay Rates of Antiprotonic Helium Atom States"Physical Review A. A66. 022504-1-022504-6 (2002)
• [文献書誌] M.Hori et al.: "Primary Populations of Metastable Antiprotonic ^4He and ^3He Atoms"Physical Review Letters. 89. 093401-1-093401-4 (2002)
• [文献書誌] T.Yamazaki et al.: "Antiprotnic Helium"Physics Reports. 366. 183-329 (2002)
• [文献書誌] B.Juhasz et al.: "Quenching of Metastable Antiprotonic Helium Atoms in Collisions with Deuterium Molecules"European Physics Journal D. 18. 261-266 (2002)
• [文献書誌] S.P.Moeller et al.: "Antiproton Stopping at Low Energies-Unequivocal Confirmation of Velocity-Proportional Stopping"Physical Review Letters. 88. 193201-1-193201-4 (2002)
• [文献書誌] K.Yoshiki Franzen, et al.: "A Transport Beam Line for Ultra Slow Monoenergetic Antiprotons"Review of Scientific Instruments. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Y.Kino, M.Kamimura, H.Kudo: "Determination of Antiproton Mass from the Calculation of Energy Levels of Antiprotonic Helium Atoms"Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 255. 179-182 (2003)
• [文献書誌] R.J.Whitehead, J.F.McCann, Y.Teranishi, I.Shimamura: "Antihydrogen Formation in Collisions of Antiprotons with Positronium : The Effects of a Strong Laser Field"Nuclear Instrument and Methods B. 192. 42-43 (2002)
• [文献書誌] S.Morita, N.Matsuda, N.Toshima, K.Hino: "Ionization of Stabilized Helium Atoms by Proton and Antiproton Impacts"Physical Review A. 66. 042719-1-042719-4 (2002)
• [文献書誌] A.Igarashi, M.Kimura, I.Shimamura: "Unified Treatment of Positron Annihilation and Positronium Formation"Physical Review Letters. 89. 123201-1-123201-4 (2002)
• [文献書誌] K.Sakimoto: "Antiproton, kaon, and muon capture by atomic hydrogen"Physical Review A. 66. 032506-1-032506-11 (2002)
• [文献書誌] N.Yamanaka, Y.Kino: "Antihydrogen-Formation Cross Sections in Antiproton-Positronium Collisions with a Time-Dependent Coupled-Channel Method"Physical Review A. 65. 062709-1-062709-6 (2002)
• [文献書誌] H.Higaki et al.: "Electron Cooling of High Energy Protons in a Multi Ring Trap with a Tank Circuit Monitoring the Electron Plasma Oscillations"Physical Review E. 65. 46410-1-46410-5 (2002)