反水素の超微細遷移と反陽子の磁気モーメント

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24000008
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 山崎 泰規 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, 上席研究員 (30114903)
• 研究分担者: ULMER STEFAN 独立行政法人理化学研究所, Ulmer国際主幹研究ユニット, 国際主幹研究員 (50624813) ; 松田 恭幸 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (70321817) ; 檜垣 浩之 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (10334046)
• 研究期間 (年度): 2012-05-29 – 2017-03-31
• キーワード: 反水素ビーム / 反陽子 / 陽電子 / CPT対称性 / 反物質科学 / 非中性物理学

研究実績の概要

１．新しい陽電子源（50mCi)を入手し、低速陽電子発生部分の改良と引出条件の最適化、蓄積部分のバッファーガス圧力分布を操作するためのガスセル配置条件の最適化（差動排気系の整備）、蓄積ポテンシャル形状、深さ、ガスセルからのポテンシャル勾配の最適化、さらに、発生部から蓄積部への低速陽電子輸送条件の最適化（磁気ミラーによる輸送効率の低下をできるだけ抑えつつ、蓄積部の磁場を最大化する）により2Tに達する磁場下での陽電子蓄積を可能とした。これにより、シンクロトロン放射による陽電子の自動冷却が大変効率的に進み、蓄積後の不安定性によって失われる陽電子が激減した。そのため、外部ノイズに対して強靱な蓄積系を構築することができた。すなわち、安定且つ高効率な蓄積系が実現された。これにより、陽電子蓄積レートをH24年段階より一桁向上させることを可能にした。この性能向上はその後も続いており、H26年度以降の反水素実験を大変promissingなものにしている。
２．マイクロメガ３次元消滅位置検出器で達成可能な位置分解能等の基本特性を、実際の実験条件を考慮に入れて（-3Tから+3Tにわたる不均一磁場下）詳細なシミュレーションによって評価した。このシミュレーションを元に反水素合成領域を大きく含む半円筒状の３次元トラック検出器を設計・製作した。宇宙線を用いたテスト実験を進め、予定通りの性能が得られることを確認した。これはH26年度以降における、反水素研究で、反水素合成過程の詳細を明らかにし、これを最適化するに極めて有効なツールとなる。
３．反水素ビーム生成実験を進め、成功した。詳細な解析を進めている。
４．単一反陽子のスピンフリップ実験の準備を進めており、検出系の開発、二重ペニングトラップの開発、反陽子蓄積部の開発等を進めた。

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

H25年度末、世界ではじめての低速反水素ビーム合成の成功を確認した。詳細は解析中であるが、この反水素ビーム合成の成功は、本研究が目的とする反水素の超微細遷移の高分解能マイクロ波分光を実現するに必要な大きな一里塚と位置づけている。マイクロ波分光ヘ後一歩と迫った。

今後の研究の推進方策

今後はこの反水素ビームの性質をより定量的に解析するとともに、１．大強度化、２．さらなる低温化、３．基底状態反水素数の増大、を進め、マイクロ波分光実験を開始する。

これと同時に反陽子の磁気モーメント直接測定を進める。既に別予算による専用ビームラインの建設もおおかた終わっており、H26年度後半に予定されているビームタイムでの成果が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Demonstration of the double Penning Trap technique with a single proton (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Mooser, S. Braeuninger, K. Franke, H. Kracke, C. Leiteritz, C. C. Rodegheri, H. Nagahama, G. Schneider, C. Smorra, K. Blaum, Y. Matsuda, W. Quint, J. Walz, Y. Yamazaki, S. Ulmer
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 723 ページ: 78-81
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2013.05.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] CPT symmetry tests with cold p and antihydrogen (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamazaki and S. Ulmer
  • 雑誌名: Annalen der Physik 巻: 525 ページ: 493-504
  • DOI: 10.1002/andp.201300060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards the production of anti-hydrogen beam (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Higaki, Y.Enomoto, N.Kuroda, K.Michishio, D.J.Murtagh, S.Ulmer, S.Van Gorp, C.H.Kim, Y.Nagata, Y.Kanai, H.A.Torii, M.Corradini, M. Leali, E. Lodi-Rizzini, V. Mascagna, L. Venturelli, N. Zurlo, K. Fujii, M. Otsuka, K. Tanaka, H. Imao, Y. Nagashima, Y. Matsuda, B. Juhasz, A. Mohri and Y. Yamazaki
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1521 ページ: 134-143
  • DOI: 10.1063/1.4796069
  • 査読あり
• [学会発表] 反水素ビームの検出法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永田祐吾
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [学会発表] 超微細構造分光のための反水素原子ビーム (2014)
  • 著者名/発表者名: 黒田直史
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [学会発表] 高効率反水素生成に向けた反陽子輸送法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田島美典
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [学会発表] Atomic physics and atomic collision physics from Z=-1 to 92 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamazaki
  • 学会等名: ICPEAC
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 2013-07-23
• [学会発表] Toward precision measurements of antihydrogen atoms and antiprotons for the CPT symmetry test (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamazaki
  • 学会等名: 11th Japan-US Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2013-04-08 – 2013-04-12
  • 招待講演
• [備考] 原子物理研究室
  • URL: http://www.riken.jp/ap/indexj.html
• [備考] ASACUSA Trap group
  • URL: http://radphys4.c.u-tokyo.ac.jp/asacusa/wiki/
• [備考] first beam of antihydrogen
  • URL: http://home.web.cern.ch/about/updates/2014/01/antimatter-experiment-produces-first-beam-antihydrogen