純レプトン原子のレーザー分光による電弱統一理論精密検証と新物理探索

利用纯轻子原子激光光谱精确验证电弱统一理论并寻找新物理

• 批准号: 19H00687
• 负责人: 植竹 智
• 金额: $ 29.29万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00687/
• 关键词: ミューオニウム; 精密レーザー分光; 周波数計測; 標準理論精密検証; 電弱統一理論; 新物理探索

本研究は，レプトンのみからなる水素様純レプトン原子(ミューオニウム: Mu)の精密分光により，電弱統一理論の精密検証および新物理の探索へ向けた開発研究を行う．低エネルギー領域(O(1eV))の精密計測技術を駆使して電弱スケール(O(0.1～1TeV))の新物理を探索することを長期目標に据え，そのための第1ステップとして重要な，(1) Muの1S-2S間遷移周波数の精密二光子レーザー分光を3年間で遂行し，実験精度を先行研究より3桁向上させることが目標である．これにより，基礎物理定数であるミュー粒子質量の決定精度をCODATA2014推奨値より20倍向上させることを目指す．また，(2) 荷電束縛系のエネルギー準位に電弱効果が及ぼす影響を，摂動2次の項まで取り入れた高精度理論計算を行う．平成31年度(令和元年度)は研究準備のため，実験に必要な装置の購入を進めた．また，限られたービームタイムを有効利用し精度の高い結果を出すためには，ミューオニウムのレーザー分光システム開発を加速器運転と独立に進められることが望ましい．このため，水素原子を用いた1S-2S二光子レーザー分光装置の開発に着手した．ミューオニウムは水素原子の同位体と見なすことができ，エネルギー準位などの構造はほぼ同じである．ミューオニウムの二光子レーザー分光に用いる検出器 (低速ミューオンビームライン) を使って水素原子の1S-2S二光子レーザー分光を行うことで，ミューオニウムのレーザー分光に必要な周辺機器や自動制御プログラムなどの開発を進める．水素原子の生成は，水素分子を2.45GHzマイクロ波共振器を用いた放電チューブに通すことで得る．すでに水素原子発生に成功し，既設の色素レーザーを用いた1S-2S二光子レーザー分光に成功した．

这项研究将对电子统一理论进行精确的验证，并使用仅由瘦素组成的氢样纯净原子（Muonium：MU）的精确光谱进行对新物理学的研究。长期目标是使用低能范围（O（O（1EV）））中的精确测量技术在Electroweak量表（O（0.1至1TEV））中探索新的物理，而这的第一步是要在三年的研究中对3年的MU 1S-2S过渡频率进行3师的精确度，从而对三个师来的研究进行了3师的精确度，从而进行了重要的（1）精度的两光激光镜头。这旨在提高确定基本物理常数的MUON颗粒质量的准确性，提高CODATA2014推荐值的20倍。此外，（2）进行高精度的理论计算，包括电动作用对电荷结合系统的能级的影响，直至二阶扰动项。在2019年（REIWA 1），我们开始购买实验所需的设备，以准备进行研究。此外，为了有效利用有限的光束时间并实现高精度结果，希望独立于加速器操作开发Muonium Laser光谱系统。因此，我们开始使用氢原子开发1S-2S两光子激光光谱仪。孟元可以被视为氢原子的同位素，并且能量水平等结构几乎相同。通过使用用于Muonium两光子激光光谱的检测器（慢速MUON光束线）对氢原子的1S-2S两光子激光光谱进行，我们将继续开发用于Muonium Laser光谱的所需的外围设备和自动控制程序。氢原子的形成是通过使用2.45GHz微波谐振器将氢分子穿过放电管实现的。氢原子的产生已经成功，使用现有染料激光器的1S-2S两光子激光光谱也成功。