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2022 年度 実績報告書

新しいミューオニウムー反ミューオニウム変換探索実験による新物理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21J00903
配分区分補助金
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

岩井 遼斗  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, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワードミューオニウム / 精密測定 / マイクロ波分光
研究実績の概要

ミューオニウムー反ミューオニウム変換事象を捉える一つの手法として、ミューオニウム精密測定において微小な準位エネルギーのずれを観測するという手法がある。本年度は将来におけるミューオニウム精密測定のための実験装置を設計した。具体的には基底状態の超微細構造を精密に測定するための新しいマイクロ波キャビティを設計した。またシミュレーションを用いて実験全体のシミュレーションを行い、J-PARCの世界最大強度パルスミューオンビームと合わせて用いることにより先行実験より優れた統計・系統精度で測定できることを示した。

現在までの達成度 (区分)
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

ミューオニウム超微細構造を精密に測定するためにマイクロ波分光を用いる。本年度はそのために必要な新しいマイクロ波キャビティの設計、および実験全体のシミュレーションをおこなった。
現在J-PARCにて準備が行われているミューオニウム超微細構造測定実験(MuSEUM実験)で使用されているマイクロ波キャビティは円筒形であるのに対し、将来的には箱型へとアップグレードすることによって系統的な精度を上げることが期待されている。本年度ではこの箱型キャビティの設計を行い、シミュレーションを用いて高精度でミューオニウム超微細構造測定できることを示した。

今後の研究の推進方策

箱型のマイクロ波キャビティの設計は完了しているため、今後は実機を製作し実験に導入する計画である。まず本年度は過去に制作されている円筒形キャビティを用いてJ-PARCの世界最大強度パルスミューオンビームを用いて測定を行い、史上最も高い統計精度でミューオニウム超微細構造を決定する。本年度は箱型キャビティ導入の準備も並行して行い、来年度にさらに系統誤差を改善するためにこのキャビティ用いる。
さらに別のミューオニウムー反ミューオニウム変換事象探索手法として、反ミューオニウムをレーザーイオン化して負ミューオンを直接検出する方法も検討している。負ミューオンを直接検出する技術は現在までのところ確立されていないが、負ミューオンが物質中に捕獲される際に放出する特性X線を利用することで可能であると考えており、この技術を実証する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Precise measurement of the hyperfine splitting in muonium with a high intensity pulsed muon beam at J-PARC2023

    • 著者名/発表者名
      R. Iwai, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Conf.Ser.

      巻: 2462 ページ: -

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2462/1/012019

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Status of the new muonic helium atom HFS measurements at J-PARC MUSE2023

    • 著者名/発表者名
      P. Strasser, [...], R. Iwai, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Conf.Ser.

      巻: 2462 ページ: -

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2462/1/012023

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Present status of J-PARC MUSE2023

    • 著者名/発表者名
      K. Shimomura, [...], R. Iwai, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Conf.Ser.

      巻: 2462 ページ: -

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2462/1/012033

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scintillation detectors with silicon photomultiplier readout in a dilution refrigerator at temperatures down to 0.2 K2022

    • 著者名/発表者名
      J. Zhang, [...], R. Iwai, et al.
    • 雑誌名

      JINST

      巻: 17 ページ: -

    • DOI

      10.1088/1748-0221/17/06/P06024

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 将来におけるミューオニウム超微細構造精密測定へ向けた箱型マイクロ波キャビティの開発2023

    • 著者名/発表者名
      岩井遼斗
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] MuSEUM: Rectangular-shaped microwave cavity for future measurements of muonium HFS2023

    • 著者名/発表者名
      岩井遼斗
    • 学会等名
      第13回muon科学と加速器研究 研究会
  • [学会発表] Precise measurement of the hyperfine splitting in muonium with a high intensity pulsed muon beam at J-PARC2022

    • 著者名/発表者名
      Ryoto Iwai
    • 学会等名
      The 15th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance
    • 国際学会
  • [学会発表] MuSEUM: Precise measurement of the hyperfine splitting in muonium at J-PARC2022

    • 著者名/発表者名
      Ryoto Iwai
    • 学会等名
      The 14th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2022)
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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