ミュオニウム基底状態の超微細構造分光

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23244046
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松田 恭幸 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (70321817)
• 研究分担者: 齊藤 直人 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, 教授 (20321763) ; 下村 浩一郎 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, 准教授 (60242103)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ミュオニウム原子 / ミュオン / 超微細構造 / マイクロ波分光

研究概要

本研究の目的はミュオニウム原子の基底状態の超微細構造の精密分光を行うことである。
本研究を実現するためには、不均一度が1ppm以下の磁場を作る超伝導磁石、1ppm以下の精度を持つ磁場モニター、二つの共鳴周波数を持つRF共鳴空洞、不純物濃度が1ppm以下の高純度のKrガスを長期間保持するガスチェンバー、高磁場中で作動し高いレートに耐えられる陽電子検出器等が必要となる。
昨年度までに作成した共鳴空洞とガスチェンバーに加えて新たにガスハンドリングシステムを取り付け、コミッショニングを行った。実験結果の系統誤差を評価する上で重要な温度とガス圧力の制御については所定の性能を達成する見通しを得たが、ガス純度を実験中常にモニターするための Q-mass スペクトロメータを実験環境下で動作させることができなかった。現在新たにガスクロマトグラフィーを用いたオンライン計測システムを構築中である。
陽電子検出器については昨年度までに完成した改良版検出器をビームを用いてテストし、高レートに耐えられることを実証した。これらの成果は H26年3月の日本物理学会等で発表された。
超伝導磁石の開発を進めるとともに、その作る磁場を 0.1ppm 以下の精度で測定することができる磁場測定装置の開発を進めた。NMR 信号をデジタル処理することで多くの測定点のデータを同時に短期間で測定するシステムの構築に成功した。
また、高磁場下で動作可能なビームプロファイルモニタの開発に成功した。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Online full two-dimentional imaging of pulsed muon beams at J-PARC MUSE using a gated image intensifier (2014)
  • 著者名/発表者名: T. U. Ito, A. Toyoda, W. Higemoto, M. Tajima, Y. Matsuda, K. Shimomura
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: vol. 754 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.04.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of High-Rate Positron Tracker for the Muonium Production Experiment at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda, H. Fujimori, Y. Fukao, Y. Ikedo, K. Ishida, M. Iwasaki, N. Kawamura, K. M. Kojima, M. Lee, S. Makimura, T. Mibe, Y. Miyake, J. Nakamura, Y. Nagashima, T. Nagatomo, K. Nagumo, S. Nishimura, S. Okada, N. Saito, K. Shimomura, T. Suzuki, P. Strasser, K. Ueno, E. Won
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 2 ページ: 010404-1-7
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of Muonium Hyperfine Splitting at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: K. S. Tanaka, N. Saito, K. Shimomura, Y. Matsuda, et al. (他32名）
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 2 ページ: 010405-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010405
  • 査読あり
• [雑誌論文] H Line; A Beamline for Fundamental Physics in J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: Naritoshi Kawamura, Akihisa Toyoda, Tsutomu Mibe, Naohito Saito, Masaharu Aoki, Koichiro Shimomura, Yasuhiro Miyake
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 2 ページ: 010112-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of muonium emission from silica aerogel (2013)
  • 著者名/発表者名: P. Bakule, M. Iwasaki, S. Kanda, Y. Matsuda, N. Saito, K. Shimomura, 他25名
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: vol.2013 ページ: 103C01-103C10
  • DOI: 10.1093/ptep/ptt080
  • 査読あり
• [雑誌論文] J-PARC MUSE H-line optimization for the g-2 and MuHFS experiments (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Toyota, Y. Fujiwara, Y. Fukao, O. Kamigaito, N. Kawamura, Y. Matsuda T. Mibe, T. Ogitsu, N. Saito, K. Sasaki, K. Shimomura, M. Sugano, K. Tanaka, D. Tomono, H.A. Torii
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: vol. 408 ページ: 012073-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/408/1/012073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting Magnet Design for the Hyperfine Structure Measurement of Muonium at the J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, M. Sugano, R. Ohkubo, T. Ogitsu, N. Saito, K. Shimomura, A. Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: vol. 23 ページ: 4500704-1-4
  • DOI: 10.1109/TASC.2013.2245714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cyrogenic design of a superconducting solenoid for muonium hyperfine structure measurement (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sugano, K. Sasaki, R. Ohkubo, T. Kume, N. Kimura, R. Okada, T. Okamura, K. Shimomura, N. Saito, T. Ogitsu, A. Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 23 ページ: 3800204-1-4
  • DOI: 10.1109/TASC.2012.2233259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development status of superconducting solenoid for the MuHFS experiment at the J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, M. Sugano, H. Iinuma, T. Ogitsu, N. Saito, K. Shimomura, A. Yamamoto
  • 雑誌名: Jounal of Physics: Conference Series 巻: 408 ページ: 012074-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/408/1/012074
  • 査読あり
• [学会発表] J-PARC MUSE におけるミュオニウム超微細構造測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中香津生
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] ミュオニウム超微細構造測定に向けた磁場測定プローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木憲一
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] J-PARC MUSE におけるミュオニウムの超微細構造の精密測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田恭幸
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] Precision Measurement of Muonium Hyperfine Splitting at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中香津生
  • 学会等名: Fundamental Physics Using Atoms 2014
  • 発表場所: 日本科学未来館（東京都江東区）
  • 年月日: 20140314-20140316
• [学会発表] measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中香津生
  • 学会等名: OIST Beam Physics and Beam Physics Youth Workshops 2013
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県恩納村）
  • 年月日: 20131128-20131130
• [学会発表] ミュオニウムの超微細構造精密測定のための R&D の現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 下村浩一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Status and prospect of the muonium experiment at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: 鳥居寛之
  • 学会等名: International Workshop on e+e- collisions from Phi to Psi
  • 発表場所: ローマ・ラ・サピエンツァ大学（ローマ、イタリア）
  • 年月日: 20130909-20130912
• [学会発表] Precision measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎
  • 学会等名: 3rd Workshop on the Physics of Fundamental Symmetries and Interactions at low energies and the precision frontier
  • 発表場所: PSI 研究所（フィリンゲン、スイス）
  • 年月日: 20130909-20130912
• [学会発表] Measurement of muonium hyperfine splitting at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中香津生
  • 学会等名: The 15th International Workshop on Neutrino Factories, Super Beams, and Beta Beams
  • 発表場所: 高能物理研究所（北京、中国）
  • 年月日: 20130819-20130824
• [学会発表] Fundamental physics with muon - with emphasis on muonium hyperfine splitting (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田恭幸
  • 学会等名: Preshool of 1st International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon
  • 発表場所: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • 年月日: 20130808-20130808
  • 招待講演