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．

在这项研究中，我们将开展旨在精确验证电弱统一理论并利用仅由轻子组成的类氢纯轻子原子（μ：Mu）的精确光谱探索新物理的开发研究。我们的长期目标是充分利用低能区（O(1eV)）的精密测量技术，探索电弱尺度（O(0.1-1TeV)）的新物理，并为此迈出第一步目标，我们将（1）目标是在三年内对Mu的1S-2S跃迁频率进行精密双光子激光光谱分析，并将实验精度较之前的研究提高三个数量级。通过这一点，我们的目标是将作为基本物理常数的 μ 子质量的测定精度提高到 CODATA2014 推荐值的 20 倍。此外，（2）我们进行了高精度的理论计算，其中考虑了电弱效应对电荷束缚系统能级的影响，直至二阶微扰项。 2019年度（令和1），我们开始购买实验所需的设备，为研究做准备。此外，为了有效利用有限的光束时间并产生高精度的结果，需要独立于加速器操作来继续开发μ激光光谱系统。为此，我们开始开发使用氢原子的1S-2S双光子激光光谱仪。锷可以认为是氢原子的同位素，它们的能级等结构几乎相同。通过使用用于μ双光子激光光谱（慢μ子束线）的检测器进行氢原子的1S-2S双光子激光光谱，我们可以开发μ激光光谱所需的外围设备和自动控制程序。的发展使用 2.45GHz 微波谐振器使氢分子通过放电管产生氢原子。我们已经成功地使用现有的染料激光器生成氢原子和 1S-2S 双光子激光光谱。