ミュオン異常磁気能率・電気双極子能率の超精密測定

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H05625
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 三部 勉 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80536938)
• 研究分担者: 吉岡 瑞樹 九州大学, 先端素粒子物理研究センター, 准教授 (20401317) ; 近藤 恭弘 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 主任研究員 (40354740) ; 早坂 圭司 新潟大学, 自然科学系, 研究教授 (40377966) ; 飯沼 裕美 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (60446515) ; 佐々木 憲一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (70322831) ; 大谷 将士 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (90636416)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2026-03-31
• キーワード: ミュオン / 異常磁気能率 / 電気双極子能率 / 超精密測定

研究実績の概要

予定していた項目について計画通り進めることができた。[検出器]検出器構成要素のシリコンストリップセンサーを量産した。実機仕様読み出し集積回路を製作した。信号伝送用のフレキシブルプリント基板及びピッチアダプターも実機仕様の量産が完了した。また、検出器の最小モジュール（1/4ベーン）の組立て方法の検討に着手した。[磁場測定]磁場測定用プローブの既存読み出し回路の評価を行ない、微調整用可変キャパシタの追加の必要性を確認した。非磁性品ではない一部回路素子を交換するため、市場調査を行って代替品を確定した。既存読み出し回路を４chまで並列に接続し、RFコイルのサイズや距離を調整し同時測定を実現した。[計算機]ソフトウェア配布手段としてcvmfsの採用を決定し準備を進めた。並行してグリッド認証によるネットワークをまたぐ計算機の利用法の検討を進めた。試験用に新潟大学に計算機サーバ１台と100TBのデータ蓄積装置を導入し検証環境を整備した。[ミュオン源]ミュオニウムイオン化試験の準備として、既存旧型真空チェンバーを利用して、J-PARCの実験エリアに合わせた装置改造を行った後、実験エリアに搬入し、装置整備を進めた。これと並行して本実験用ミュオン源真空チェンバーの設計を進めた。[加速器]ミュオン加速器の第二段加速器の前段部IH-DTLの詳細設計を完了し、製作に着手した。さらに後段部の加速器DAW-CCLの初段モジュールの設計ならびに輸送部の電磁石設計を完了した。また、加速器運転に必要となる真空、および高周波機器を準備した。[入射]加速器出口から蓄積磁石までの輸送ライン設計に着手した。蓄積磁石鉄ヨーク部のビーム入射通路の斜め入射角度を決定し、入射ポイント付近でのステアリング磁石の設計、電源回路の設計に着手した。パルス電極を試作し、電場によるパルスビームチョップの原理実証・実機設計に必要な情報を得た。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通りに進めることができた。以下に項目ごとに達成事項を示す。
[検出器]検出器構成要素のシリコンストリップセンサーの量産、実機仕様読み出し集積回路の製作、信号伝送用のフレキシブルプリント基板及びピッチアダプターの量産が完了できた。[磁場測定]磁場測定用プローブの既存読み出し回路の評価を実施と性能改善、４chの並列同時測定を実現した。[計算機]ソフトウェア配布手段の選定、ネットワークをまたぐ計算機の利用法の検討を進めることができた。新潟大学に検証環境を整備できた。[ミュオン源]ミュオニウムイオン化試験の準備をほぼ完了し、本実験用ミュオン源真空チェンバーの概念設計を終えた。[加速器]IH-DTLの詳細設計を完了、製作に着手できた。DAW-CCLの初段モジュールの設計・輸送部の電磁石設計を完了した。[入射]輸送ラインの基本設計の完了、入射ポイント付近でのステアリング磁石の設計、電源回路の設計に着手した。パルス電極を試作を終えた。

今後の研究の推進方策

以下の開発項目について研究を行う。
[検出器]読み出し集積回路の性能評価を行う。また、信号処理用基板の試作・実機設計を進める。1/4ベーン組立て方法の検討を引き続き行い、実機仕様の構成要素を用いて作製し、電気的な接続試験を行う。実機仕様の1/4ベーンの試作に着手する。[磁場測定]読み出し回路の最終版を完成させる。微調整用回路追加及び素子交換に伴う修正を反映し、実機で使用できる基板を製作する。並行して、プローブ移動機構の詳細設計を行う。キッカーコイル形状を元に、センサーが干渉しないような移動機構を検討する。[計算機]MC生成キャンペーン計画を立案する。キャンペーンの目標と評価項目を吟味しつつ、計算機資源見積もりに必要な評価項目を測定するツールを開発していく。建屋デザインに必要な東海―つくば間のデータ転送試験を行う。[ミュオン源]既存真空チェンバーを用いてミュオニウムイオン化試験の詳細データを取得する。これを本実験用ミュオン源装置の詳細設計に反映させ、標的真空チェンバー（標的ホルダー、磁場補正コイル、レーザーポート、加速電極など）の製作を行い、2022年度からの低速ミュオン生成に備える。[加速器]第二段加速器の前段部IH-DTLを製作し、周波数・電磁場測定のための低電力試験を行う。さらに、後段部の加速器DAW-CCLの加速セル・結合セルからなる基本ユニットを製作して低電力試験を行い、初段モジュールの製作工程を確立する。また、前年度に設計を完了した電磁石を製作・試験する。[入射]輸送ライン上の回転4極磁石を製作する。回転機構を備えた架台の設計はビームライン建屋の床面形状と整合性を持つよう留意する。ビーム運転開始時の入射コミッショニングプランの決定。入射テストベンチに於けるキッカー装置の運用を反映しつつ、本番用ビームキッカー装置電源の最終仕様をまとめ、電源1台を先行製作する。

研究成果

• [国際共同研究] TRIUMF/University of Victoria/UBC(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: TRIUMF/University of Victoria/UBC
• [国際共同研究] Seoul National University/KAIST/UNIST(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University/KAIST/UNIST
• [国際共同研究] LPNHE(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LPNHE
• [国際共同研究] BINP(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: BINP
• [雑誌論文] Development of negative muonium ion source for muon acceleration (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitamura R.、Bae S.、Choi S.、Fukao Y.、Iinuma H.、Ishida K.、Kawamura N.、Kim B.、Kondo Y.、Mibe T.、Miyake Y.、Otani M.、Razuvaev G.?P.、Saito N.、Shimomura K.、Strasser P.
  • 雑誌名: Physical Review Accelerators and Beams 巻: 24 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevAccelBeams.24.033403
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Positron Tracking Detector for Muon g-2/EDM Experiment at J-PARC (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka T.、et al.
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 33 ページ: 1-7
  • DOI: 10.7566/JPSCP.33.011108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study of muonium behavior in n-type silicon for generation of ultra cold muonium in vacuum (2021)
  • 著者名/発表者名: A.D. Pant, K. Ishida, N. Kawamura, S. Matoba, A. Koda, S. Nishimura, and K. Shimomura
  • 雑誌名: Physica B: Physics of Condensed Matter 巻: 613 ページ: 412997-1-5
  • DOI: 10.1016/j.physb.2021.412997
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] J-PARC muon g-2/EDM experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Sato
  • 雑誌名: JPS Conf.Proc. 巻: 33 ページ: 11110
  • DOI: 10.7566/JPSCP.33.011110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of muonium emission from laser-ablated silica aerogel (2020)
  • 著者名/発表者名: J. Beare, G. Beer, J.H. Brewer, T. Iijima, K. Ishida, M. Iwasaki, S. Kamal, K. Kanamori, N. Kawamura, R. Kitamura, S. Li, G.M. Luke, G.M. Marshall, T. Mibe, Y. Miyake, Y. Oishi, K. Olchanski, A. Olin, M. Otani, M.A. Rehman, N. Saito, Y. Sato, K. Shimomura, K. Suzuki,*, M. Tabata, and H. Yasuda
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys 巻: 2020 ページ: 123C01-1-24
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa145
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recent Topics of Fundamental Physics with J-PARC Muon Beam (2020)
  • 著者名/発表者名: IINUMA Hiromi
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 19 ページ: A6～A11
  • DOI: 10.2477/jccj.2020-0023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a front-end ASIC for silicon-strip detectors of the J-PARC muon g-2/EDM experiment (2020)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Sato et al.
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Meth. A 巻: 969 ページ: 164035
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164035
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SliT: A Strip-Sensor Readout Chip With Subnanosecond Time Walk for the J-PARC Muon g ? 2/EDM Experiment (2020)
  • 著者名/発表者名: Kishishita Tetsuichi、Sato Yutaro、Fujita Yoichi、Hamada Eitaro、Mibe Tsutomu、Nagasawa Tsubasa、Shirabe Shohei、Shoji Masayoshi、Suehara Taikan、Tanaka Manobu M.、Tojo Junji、Tsutumi Yuki、Yamanaka Takashi、Yoshioka Tamaki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 67 ページ: 2089～2095
  • DOI: 10.1109/TNS.2020.3012924
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Precise Measurement of Anomalous Magnetic Moment of Muon (2020)
  • 著者名/発表者名: MIBE Tsutomu
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 19 ページ: 64～70
  • DOI: 10.2477/jccj.2020-0025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Project status of the muonium laser-ionization using the 1S-2S transition at J-PARC (2021)
  • 著者名/発表者名: Ce Zhang
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] ミューオニウム1S-2Sレーザーイオン化のためのパルスTi:Sレーザー開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山基真佑
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] ミューオニウム1S-2S遷移分光に向けた976nm高出力光源の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今井康貴
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験のための3次元螺旋ビーム入射の技術開発概要と実証実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 飯沼裕美
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験における三次元らせん入射のためのキッカー装置の研究開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小田航大
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC g_μ-2/μEDM実験のためのビーム入射手法実証実験：パルスビームの生成・検出方法の研究開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松下凌大
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験の3次元螺旋入射軌道微調整用の能動磁気遮蔽型ステアリング磁石設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 阿部充志
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] ミューオン線形加速器APF方式IH-DTLの開発状況 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中沢雄河
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 飽和磁化の小さい物質を用いたミューオン捕捉用超伝導磁石の精密磁場調整 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉田萌
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] ELPHでの低エネルギー電子散乱による陽子電荷半径の精密測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 本多 佑記
  • 学会等名: ELPH研究会C028
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：実機センサーを用いたシリコンストリップ検出器の組み立て手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山中 隆志
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：シリコンストリップ検出器の実機製作に向けたASIC冷却システムの開発(3) (2021)
  • 著者名/発表者名: 牛澤 昂大
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：シリコンストリップ検出器モジュール製作に向けたエレクトロニクスの開発状況 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 優太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 東北大ELPHでの低エネルギー電子散乱による陽子半径測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 本多佑記
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 低エネルギー電子散乱による陽子半径測定のためのスペクトロメータの性能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 瀧大祐
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Proton radius measurement with low-energy electron scattering at ELPH (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Honda
  • 学会等名: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 陽子半径パズルの解明に向けた極低エネルギー電子・陽子散乱実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 本多 佑記
  • 学会等名: ELPH Symposium 2021
• [学会発表] 陽子半径 (2021)
  • 著者名/発表者名: 須田 利美
  • 学会等名: 日本のスピン物理の展望
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM Experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 優太郎
  • 学会等名: 第11回Muon科学と加速器研究
• [学会発表] 高磁場下におけるMuSEUM 実験に用いる磁場空間分布測定器の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水 光太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM 実験：波形デジタイザを用いた読み出し系改善による高時間分解能バンチ幅モニタの性能向上 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鷲見 一路
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：低エミッタンスミューオンビーム実現に向けた高時間分解能バンチ幅モニタの性能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 四塚 麻衣
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] ミューオン加速用Disk-and-Washer空洞の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内 佑甫
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Precise measurements of muon g-2 and EDM (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Mibe
  • 学会等名: RCNP NEWS colloquium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミューオン異常磁気能率と電気双極子能率の精密測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三部 勉
  • 学会等名: 九大素粒子実験・素粒子理論合同セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation status of laser ionization of muonium by 1S-2S transition at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: Ce Zhang
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 全身MRI用磁石技術を応用したビーム捕捉用超伝導磁石の精密磁場調整 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉田萌
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] J-PARCミューオンg-2/EDM実験のための 3次元らせんビーム入射の実証実験の現状報告 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平山穂香
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] ミューオン線形加速器APF方式IH-DTLプロトタイプの大電力試験に向けた開発状況 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中沢雄河
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] APF方式IH-DTLによるミューオン加速実証試験のための診断ビームラインの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中沢雄河
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] 高度なX-Y結合を用いた3次元螺旋ビーム入射のための輸送区間のビーム制御およびモニター手法の仕様 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飯沼裕美
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] 3次元螺旋ビーム入射実証実験のための垂直ビームキッカー装置の単体性能評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飯沼裕美
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] g-2/EDM精密計測用超電導磁石内設置能動磁気遮蔽型 ステアリング磁石の試設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阿部充志
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] Measurement of muon g-2/EDM at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Iinuma
  • 学会等名: ICHEP 2020
  • 国際学会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM 実験用シリコンストリップ検出器の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 優太郎
  • 学会等名: 計測システム研究会2020
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験におけるシリコンストリップ検出器のASIC冷却システム開発J-PARC muon g-2/EDM実験におけるシリコンストリップ検出器のASIC冷却システム開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 牛澤 昂大
  • 学会等名: Flavor Physics Workshop 2020
• [学会発表] Development of cooling system for the silicon strip detecto (2020)
  • 著者名/発表者名: 牛澤 昂大
  • 学会等名: KEK student day
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM 実験 : シリコンストリップ検出器用読み出しASIC の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 優太郎
  • 学会等名: Open-It 若手研究会2020
• [学会発表] ミューオンg-2 アノマリーと g-2実験の展望 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山中 隆志
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：シリコンストリップ検出器用読み出しASIC“SliT128C”の性能評価および実機量産に向けた開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 優太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：シリコンストリップ検出器の高位置精度での接着方法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 来見田 将大
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] J-PARC muon g-2/EDM実験：シリコンストリップ検出器の実機製作に向けたASIC冷却システムの開発(2) (2020)
  • 著者名/発表者名: 牛澤 昂大
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] ミューオン加速用Lバンド低エネルギーリニアックの概念設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 近藤 恭弘
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] 自動サイクロトロン共鳴加速による超低速ミューオン加速の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大谷 将士
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] ミューオン線型加速器におけるスピンダイナミクスシミュレーション (2020)
  • 著者名/発表者名: 安田 浩昌
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] ミューオン線形加速器のためのDisk-and-Washer空洞の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内 佑甫
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] J-PARC E34実験：低エミッタンスミューオンビーム実現に向けた高時間分解能バンチ幅モニタの性能向上 (2020)
  • 著者名/発表者名: 四塚 麻衣
  • 学会等名: 第17回日本加速器学会年会
• [学会発表] Muon Linac for the J-PARC Muon g-2/EDM Experiment (2020)
  • 著者名/発表者名: 大谷 将士
  • 学会等名: ILC Summer Camp 2020
• [学会発表] J-PARC E34実験のための高時間分解能ミューオンバンチ幅モニタの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 四塚 麻衣
  • 学会等名: Open-It 若手研究会2020
• [学会発表] Muon g-2 at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Mibe
  • 学会等名: Workshop on Electric and Magnetic Dipole Moments
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Muon g-2 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三部 勉
  • 学会等名: ILC Summer Camp 2020
  • 招待講演
• [学会発表] Particle and Nuclear Physics at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Mibe
  • 学会等名: KEK Roadmap Open Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] J-PARC muon g-2/EDM experiment
  • URL: https://g-2.kek.jp/portal/index.html
• [学会・シンポジウム開催] 20th open collaboration meeting on J-PARC muon g-2/EDM experiment (2020)