| 研究課題/領域番号 |
26247046
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| 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 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ミュオニウム / 量子電磁力学 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、最も単純な２体束縛系であるミュオニウムのkrガス中高磁場下でのゼーマン副準位を高精度で測定することで、ミュオニムの超微細構造定数および、次世代のミュオンg-2測定に必須のミュオンの磁気モーメントと陽子の磁気モーメントの比を約一ケタ高い精度で決定することにある。この結果を利用してQEDの精密検証をおこない従来実験的には明らかでなかった、超微細構造定数に対しての強い相互作用(～230Hz)および弱い相互作用(～65Hz)からの寄与を確認することが可能となる。また合わせてローレンツ対称性の破れの探索を行える。
本研究を推進するにあたり、重要な開発要素は以下のとおりである。
１）Hラインの建設.２）高精度超伝導マグネットの磁場一様性の確認・精密測定.３）ミュオニウム共鳴装置・Krガスチャンバーの開発.４）陽電子検出系.５）ミュオンビームプロファイルモニター.６）系統誤差の評価。
全体調整は下村があたり、定期的なミーティングを開催し、限られた人的・資金的資産の有効活用を図っている。また本科研費の研究メンバー以外にもKEK、理化学研究所、大阪大学、国際基督教大学、MIT等の研究者が参画しており、総勢38名のコラボレーションが組織されている。
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| 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
平成２７年度までに、ビームラインの建設部分を除き、開発はほぼ終了した。特筆すべきこととして
(1)高精度超伝導マグネットの磁場一様性の確認・精密磁場測定において、デジタルＣＷNMR装置の開発及び特異点分解法によるシミング方式の開発に成功し、磁場測定精度10ppb、測定領域における磁場一様度0.5ppmを達成したこと.(2)系統誤差検討用のシミュレーションパッケージの完成.(3)ＭＰＰＣを用いた、崩壊陽電子測定器の完成およびビーム試験の成功.(4)ビームプロファイルモニタ実機の完成およびビーム試験の成功.があげられる。あわせて昨年度は、既存のビームラインを用いて、高精度電磁石以外のすべての装置系を磁気シールド中に設置することにより、零磁場下での超微細構造の精密測定のためテスト実験をおこなった。各装置系はおおむね順調に作動したがこの実験の結果新たにわかった知見としてビームライン上流に止まったミュオンからの崩壊陽電子の混入が予想外に大きく、下流に設置された陽電子検出器で検出された信号に大きなバックグランドを生じさせることが判明した。
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| 今後の研究の推進方策 |
上に詳述したように、本研究のR&Dは非常に順調に進行してり、平成27年度中には終了すした。この結果をもとに平成28年度中のビーム実験開始にこぎつけたい。
陽電子測定器については、先行研究ではビーム下流側のみに置いていたが、今回は上流にも測定磁場によるミュオンからの崩壊陽電子の軌道への影響を配慮した上で配置しビーム強度・静止位置は変動による影響を最小化する。これまでのシミュレーション・試作器のテスト実験の結果からシンチレーティングファイバーとMPPCを組み合わせた検出器（１面512chで上流・下流にに２面づつ計４面）が条件を満たすことが明らかになってきており、読み出し回路もJ-PARCミュオン施設において KEK測定器グループと共同で開発したKalliopeが使用できる。
またビームを用いたテスト実験で判明した上流からの崩壊陽電子の混入については、綿密なシミュレーションを用いて設計したコリメータの設置および陽電子検出器の配置の最適化で対応し、零磁場下での共鳴観測にこぎつけたい。一方Ｈラインにおいてもその建設に主体的に参加することで、ＤＣセパレタ等の揮発を担当し、早期建設を目指す。
平成29年以降は、Ｈラインを占有した実験が可能となる。200日のビームタイムを利用して当初の目標精度を達成する。
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