2019 Fiscal Year Annual Research Report
Precision test of electroweak theory and search for new physics beyond the Standard Model by laser spectroscopy of purely leptonic atoms
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19H05606
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
植竹 智 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (80514778)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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, 教授 (60242103)
山崎 高幸 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, 助教 (40632360)
吉田 光宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (60391710)
吉村 太彦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (70108447)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | ミューオニウム / 精密レーザー分光 / 電弱統一理論 / 新物理探索 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミューオニウムの精密レーザー分光に必要な(1)ミューオニウム生成標的，(2)狭線幅・高出力244nmレーザーシステム，(3)2S励起ミューオニウム検出システムの独自開発・改良を進めた．ミューオニウム生成標的開発では，レーザー加工を施したシリカエアロゲルの形状最適化を進め，長時間安定に高効率のミューオニウム生成が可能な標的の開発に成功した．狭線幅・高出力レーザーシステム開発では，出力30mW程度の狭線幅マスターレーザーを数段の光パワーアンプで増幅する方式を採用した連続波発振(CW)レーザーシステムの開発，アンプしたCW光をパルス増幅するTi:Sapphireパルスレーザーシステムの開発，マスターレーザーの光周波数計測および周波数安定化を行うエルビウムドープ光ファイバーコムシステム開発，ファイバーコムへマスターレーザー周波数を位相同期させる光位相同期システム開発，などを進めた．CW光パワーアンプの出力は目標とする5W以上を達成した．Ti:Sapphireパルスレーザーシステムでは9mJと言う高いパルスエネルギーを得られている．出力光の周波数線幅はほぼフーリエ限界の約5MHzであり，過去の研究で用いられたレーザーよりも狭線幅を実現した．ファイバー光コムシステムは1ヶ月以上にわたり安定してコム発振が可能であることを確認しており，長時間の連続運転が必要なレーザー分光実験で問題なく使えることを示した．2S励起ミューオニウム検出システムでは，真空装置のアライメント微調整を進めることで，従来よりも33%検出効率を向上することに成功した．
また，ミューオニウム基底状態の超微細分裂マイクロ波分光実験では，J-PARCの大強度パルスミュー粒子ビームを用いたゼロ磁場での分光実験およびデータ解析を進めた．並行して数テスラの磁場を印加可能な超伝導電磁石や，大強度ミュー粒子ビームに対応した高レート耐性検出器の独自開発を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究期間前半は研究の準備期間として精密レーザー分光システムの開発・改良を進めてきた．開発した244nmレーザーシステムは，今後開始する予定のレーザー分光実験に十分な出力・線幅を達成できている．ミューオニウム生成標的開発でも長時間の連続測定に必要な安定性を得られている．また，2S励起検出システムでは従来より検出効率を33%向上できており，実験精度の向上に大きく貢献する成果が得られている．そして基底状態超微細分裂マイクロ波分光実験では，データ解析の結果に基づいてシミュレーションを行い，今後J-PARC で運用が始まる高強度ミュー粒子ビームラインを用いることで，過去の実験で得られた超微細分裂周波数測定精度の世界記録を一桁上回る精度で測定できる見込みが得られている．
以上，今後始まる分光実験に向けた準備は着実に進展しており，当初の期待通りの成果を上げる見込みが得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後ミュー粒子ビームを用いた精密レーザー分光実験を開始する．クラス4レーザーを用いた実験を遂行するための環境を新たにJ-PARCで整えており，実験開始後はまずミュー粒子ビームの評価を行う．その後ミューオニウム生成標的・2S 励起検出システムの設置を行い，レーザー分光実験を開始する．基底状態超微細分裂のマイクロ波分光実験では，実験装置の開発を引き続き進め高磁場下の分光実験を進める予定である．
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