超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア総括

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope
• Project/Area Number: 23108001
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 鳥養 映子 山梨大学, 総合研究部, 教授 (20188832)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三宅 康博 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, 教授 (80209882) ; 門野 良典 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, 教授 (10194870) ; 岩崎 雅彦 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 主任研究員 (60183745)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 超低速ミュオン / スピン / イメージング / 情報発信 / 有機的連携

Outline of Annual Research Achievements

本領域は、超低速ミュオン顕微鏡(USMM)によるイメージング法を確立し、スピン時空相関の概念により、多様な物理、化学、生命現象統一的に理解する新しい学術領域の開拓を目指す。総括班は、１各計画班および公募研究の有機的な連携促進と研究支援、２領域の運営と研究遂行に関する一元的な窓口、 ３共同研究、研究人材育成の組織的推進、４評価と助言・指導、５成果の情報発信の機能を果たす。
H25年5月のJ-PARCハドロン施設の事故以来18か月にわたり停止していた本実験装置への施設側からのミュオンビーム供給がH26年11月に再開されたが、H27年1月の物質生命科学実験施設の火災により再び停止中である。このため、ミュオンビームを用いた超低速ミュオン発生には至っていないが、前年度に完成した超低速ミュオン実験装置（A-leg）において、ビーム停止中の予備実験としてライマンαレーザー光による水素原子のイオン化と輸送に成功した。ミュオンビーム供給とともに超低速ミュオン実験を効率的に実施するために、H27年3月にライマンαレーザー装置開発に関する国際諮問委員会を開催した。その答申に基づきレーザーのさらなる高度化とバックアップレーザーの準備を始めた。
【計画研究部門】９月に開始した領域会議を中心に、計画研究・公募研究が一堂に会して班を越えた共同研究体制を整えた。ニュースレターを発行した。
【イノベーション創出部門】μSR国際会議を始め、国内外の種々の会議において本プロジェクトの成果を発表し、異分野、隣接分野への広報と交流を深めた。
【評価部門】領域会議及びレーザー国際諮問委員会において、領域代表らから研究計画の進捗と成果について報告を受け、指導・助言を行った。レーザー国際諮問委員会に、VUVレーザー、レーザー媒質、超低速ミュオン発生技術等の専門家を臨時委員（海外３名、国内３名）を招聘した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

H26年度の最大の目標は、施設の事故により遅れている超低速ミュオン発生実験を成功させ、薄膜や積層膜等でテスト実験を開始すること、研究成果を世界に情報発信することであった。実験装置本体は前年度までにほぼ完成しH26.3月にはビームラインの法定施設検査にも合格し、年度当初には超低速ミュオン発生は確実と予想していた。しかし、本実験装置にミュオンを供給するビームライン（施設側）の真空漏れ、H27年1月の隣接ビームラインにおける火災事故により、今年度もほとんどビーム供給がなく、超低速ミュオン発生にも、これを用いた研究開始にも至っていない。
かかる状況にもかかわらず、周辺装置の整備や、他施設を用いた予備実験は順調に進めることができた。相補的な研究手段であるPSIの低エネルギーミュオンやTRIUMFのβ-NMRを用いた磁性・超伝導薄膜や高分子材料の実験では、本プロジェクトの空間分解能なしには究明できない興味深い現象の予兆が発見された。また、これまでミュオンが使われていなかった生命科学において、医薬品研究につながる酵素研究のトライアル実験が採択され、触媒化学分野でも基礎データが集積されている。
さらに、ハドロン施設の事故を契機に再構成された加速器施設の安全管理体制と安全対策に基づき、本プロジェクトの安全管理体制と対策を強化した。

Strategy for Future Research Activity

設置施設側の都合でH27年度10月以降に延期された超低速ミュオン発生及び薄膜実験の開始に向けて、計画研究者、公募研究者、実験研究者、理論研究者の有機的連携をさらに強化して、総力を挙げて取り組む。
国際レーザー諮問委員会の答申を受けて、ミュオニウム共鳴イオン化用レーザー装置の高強度化とバックアップレーザーの整備を最優先で実施する。
超低速ミュオン顕微鏡を用いた研究は、H25年度の施設閉鎖とその後遺症により大幅なビームタイムの削減となった。新規開発された高利得結晶のさらなる高性能化を追求しつつ、レーザー強度とビーム形状の最適化をはかりながら、J-PARCの陽子ビームのパワーアップに合わせたライマンα光の高強度化、すなわち超低速ミュオン強度の増強を図る。
実験研究は、超低速ミュオンの深さ方向分解能等の性能に応じて、計画研究、公募研究で提案されている研究課題についての優先順位を領域全体で議論し、ピークとなる研究成果を挙げることと、新しい分野への展開をはかることのバランスをとりながら進めていく。
計画研究分担者、連携研究者、公募研究者からのいずれも重要な実験提案と、大幅に減少した実験時間の調整を図るために、残る研究期間中にできるだけ多くの研究者が超低速ミュオン実験を経験できるよう、関連する研究はグルーピングして共同研究をより一層推進する方向で，研究課題，研究チーム間の有機的連携を進める。そのために、領域会議、班会議、班を超えた連携会議で十分な相互理解をはかる。

Research Products

• [Journal Article] Study of structures, energies and vibrational frequencies of (O2)n+(n = 2- 5) clusters by GGA and meta-GGA density functional methods (2015)
  • Author(s): G. P. Khanal, R. Parajuli , E. Arunan, S. Yamabe, K. Hiraoka, and E. Torikai,
  • Journal Title: Computational and Theoretical Chemistry Volume: 1056 Pages: 24-36
  • DOI: doi:10.1016/j.comptc.2014.12.022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First accurate experimental study of Mu reactivity from a state-selected reactant in the gas phase: the Mu + H2{1} reaction rate at 300 K (2015)
  • Author(s): P. Bakule, O. Sukhorukov, K. Ishida, F. Pratt, D. Fleming, T. Momose, Y. Matsuda, and E. Torikai,
  • Journal Title: Journal of Physics B Volume: 48 Pages: 045204(1-18)
  • DOI: doi:10.1088/0953-4075/48/4/045204
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydration effect on electron transfer in Cytochrome c monitored by μSR (2015)
  • Author(s): A. D. Pant, Y. Sugawara, I. Yanagihara, G. P. Khnal, I. Shiraki, W. Higemoto, K. Shimomura, K. Ishida, F. L. Pratt,Eiko Torikai and Kanetada Nagamine,
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan: Conference Proceedings Volume: 未定 Pages: 未定
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Current status of the J-PARC muon facility, MUSE (2014)
  • Author(s): Y. Miyake, K. Shimomura, N .Kawamura, P. Strasser, A. Koda, H. Fujimori, Y. Ikedo, S. Makimura, Y. Kobayashi, J .Nakamura, K. Kojima, T. Adachi, R .Kadono, S. Takeshita, K. Nishiyama, W. Higemoto, T. Ito, K. Nagamine, H. Ohata, Y. Makida, M. Yoshida, T. Okamura, R. Okada and T. Ogitsu
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 551 Pages: 012061(1-7)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012061
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Design and construction of the ultra-slow muon beamline at J-PARC/MUSE (2014)
  • Author(s): P. Strasser, Y. Ikedo, S. Makimura, J. Nakamura, K. Nishiyama, K. Shimomura, H. Fujimori, T. Adachi, A .Koda, N. Kawamura, Y. Kobayashi, W. Higemoto, T.U. Ito, T. Nagatomo, E. Torikai, R. Kadono and Y. Miyake
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 551 Pages: 012065(1-7)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012065
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optimal crossed overlap of coherent vacuum ultraviolet radiation and thermal muonium emission for μSR with the Ultra Slow Muon (2014)
  • Author(s): J. Nakamura, Y. Oishi, N .Saito, K. Miyazaki, K. Okamura,W.Higemoto, Y. Ikedo, K. M. Kojima , P. Strasser,T. Nagatomo, S. Makimura, Y. Miyake, N. Kawamura, K. Yokoyama, D. Tomono, K. Shimomura, S. Wada, A. Koda, Y. Kobayashi, H. Fujimori, R. Kadono and K .Nishiyama
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 551 Pages: 012066(1-6)
  • DOI: 1088/1742-6596/551/1/012066
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Performance of a Superconducting Magnet System Operated in the Super Omega Muon Beam Line at J-PARC (2014)
  • Author(s): Y. Makida ,Y. Ikedo, T. Ogitsu, K. Shimomura, Y. Miyake, M. Yoshida, T. Adachi, R. Kadono, N. Kawamura, P. Strasser, A. Koda, H. Fujimori, K. Nishiyama, H. Ohhata, T. Okamura, R. Okada, T. Orikasa
  • Journal Title: AIP Conf. Proc. Volume: 1573 Pages: 438-447
  • DOI: doi: 10.1063/1.4860734
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cosmic-ray muon spin rotation in Fe and industrial application (2014)
  • Author(s): K. Nagamine, T. Fujimaki, T. Hashimoto, M. Tsukamoto, S. Kubota, T. Hirai, A. Manabe, Y. Tomisawa, A. D. Pant, and E. Torikai
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 551 Pages: 012064（1-7）
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012064
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Muonium response to oxygen content in biological aqueous solutions for cancer research (2014)
  • Author(s): A. D. Pant, K. Nagamine, I. Shiraki, E. Torikai, K. Shimomura, F. L. Pratt, H. Ariga, K. Ishida, and J. S. Schultz
  • Journal Title: Ｊournal of Physics: Conference Series Volume: 551 Pages: 012043（1-6）
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012043
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bulk superconductivity in undoped T′-La1.9Y0.1CuO4 probed by muon spin rotation (2014)
  • Author(s): K. M. Kojima, Y. Krockenberger, I. Yamauchi, M. Miyazaki, M. Hiraishi, A. Koda, R. Kadono, R. Kumai, H. Yamamoto, A. Ikeda, and M. Naito
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Pages: 1805081-1805085
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.180508
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhancement of muonium emission rate from silica aerogel with a laser-ablated surface (2014)
  • Author(s): G. A. Beer, Y. Fujiwara, S. Hirota, K. IshidaM. Iwasaki, S. Kanda, H. Kawai, N. Kawamura, R. Kitamura, S. Lee, W. Lee, G. M. Marshall, T.Mibe, Y. Miyake, S. Okada, K. Olchanski, A.Olin, H. Ohnishi, Y. Oishi, M. Otani, N. Saito, K. Shimomura, P. Strasser, M. Tabata, D. Tomono, K.Ueno E. Won, and K. Yokoyama,
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 9 Pages: 091C01(1-7)
  • DOI: DOI: 10.1093/ptep/ptu116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 超低速ミュオンを使った素粒子、物質科学への展開 (2015)
  • Author(s): 鳥養映子
  • Organizer: 第6回研究会「Muon 科学と加速器研究
  • Place of Presentation: 大阪大学核物理研究センター（RCNP) （大阪府茨木市）
  • Year and Date: 2015-01-05 – 2015-01-07
• [Presentation] J-PARCミュオン施設（MUSE）で展開されるミュオン科学 (2014)
  • Author(s): 三宅康博
  • Organizer: 第55回真空に関する連合講演会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学「I-site なんば」(大阪府大阪市)
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-20
  • Invited
• [Presentation] 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア (2014)
  • Author(s): 鳥養映子
  • Organizer: 第55回真空に関する連合発表会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学「I-site なんば」（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-20
  • Invited
• [Presentation] 低エネルギーミュオンで見たT'相非ドープ銅酸化物の超伝導と磁性 (2014)
  • Author(s): 門野 良典
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 中部大学 春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] J-PARC MUSE (2014)
  • Author(s): Y.Miyake
  • Organizer: NuFACT2014
  • Place of Presentation: Glasgow（Scotland）
  • Year and Date: 2014-08-25 – 2014-08-30
• [Presentation] Frontier of Materials, Life and Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope (2014)
  • Author(s): E. Torikai, Y. Miyake, R. Kadono and M. Iwasaki
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（エポカルつくば）（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
  • Invited
• [Presentation] Current status of the J-PARC muon facility, MUSE (2014)
  • Author(s): Y Miyake, K Shimomura, N Kawamura, P Strasser, A Koda, H Fujimori, Y Ikedo, S Makimura, Y Kobayashi, J Nakamura, K Kojima, T Adachi, R Kadono, S Takeshita, K Nishiyama, W Higemoto, T Ito, K Nagamine, H Ohata, Y Makida, M Yoshida, T Okamura, R Okada and T Ogitsu
  • Organizer: 13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance
  • Place of Presentation: Grindelwald（Switzerland)
  • Year and Date: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [Presentation] Frontier of Materials, Life and Particle Science Explored by (2014)
  • Author(s): E. Torikai, Y. Miyake, R. Kadono,and M. Iwasaki
  • Organizer: The 13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2014)
  • Place of Presentation: Grindelwald（Switzerland)
  • Year and Date: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [Remarks] 計画研究A03班表面－バルク境界領域のヘテロ電子相関
  • URL: http://msl.kek.jp/a03/
• [Remarks] 岩崎先端中間子科学研究室
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/rnc/adv_mes/
• [Remarks] 新学術領域「超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
  • URL: https://slowmuon.jp/
• [Remarks] A01班 超低速ミュオン Ultra Slow Muon 領域番号2307
  • URL: http://slowmuon.kek.jp
• [Remarks] MSLミュオン科学研究系
  • URL: http://msl.kek.jp/MSL_result.html