レーザー精密分光によるミュー粒子質量の測定

使用激光精密光谱测量 μ 子质量

• 批准号: 21K13944
• 负责人: 今井 康貴
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13944/
• 关键词: 素粒子実験; ミューオニウム; 高出力高原; Yb添加ファイバ増幅器; 高出力光源; レーザー精密分光; 周波数測定; 高出力光源開発

本研究は，水素様純レプトン原子ミューオニウムの1S-2S遷移の精密分光により，基礎物理定数であるミュー粒子質量の決定精度を向上させることを目標とする．ミュー粒子は強い相互作用(QCD)の影響を受けないため，その物理定数の精密測定は量子電磁力学(QED)のみならず，電弱スケールの新物理の探索へともつながる．現在ミュー粒子に関する基礎物理定数の不確かさは，その質量決定精度に由来する不確かさにより大きく制限されており，近年著しい進展を見せるレーザー原子分光技術を駆使しミューオニウムの分光を行い，電弱統一および新物理の効果を精密に検証するツールとしての可能性を拓く．本研究では，1S-2S遷移精密分光用の244 nm高出力CW励起光源の開発を進め，基本波光源である976 nm高出力光源の開発を行った．これまでに，photodarkening等による増幅器の出力が時間減衰する問題を克服し長時間安定な出力を達成した．また，2段構成にしたYb添加ファイバ増幅器のテストを行い、目標である10 Wの出力が達成可能であることを確認した。J-PARCの高強度ミュー粒子ビームラインにおいての実験では，244 nmパルスレーザーを用いたミューオニウムの1S-2S遷移分光実験を行い，1S-2SのF=1-F'=1間遷移を先行研究の約60倍の信号レートで観測する事に成功した．また，F=1-F'=1間遷移よりも遷移レートが低く，先行研究での統計量では観測が困難だった別超微細構造間であるF=0-F'=0間遷移を世界で初めて観測した．

这项研究的目的是通过对类似氢的纯轻子原子 μ 的 1S-2S 跃迁进行精确光谱分析，提高确定 μ 子质量（这是一个基本物理常数）的准确性。由于 μ 子不受强相互作用 (QCD) 的影响，因此对其物理常数的精确测量不仅会导致量子电动力学 (QED)，而且还会导致在电弱尺度上寻找新的物理现象。目前，与μ介子相关的基本物理常数的不确定度很大程度上受到其质量测定精度所带来的不确定性的限制，我们正在充分利用激光原子光谱技术进行μ介子的光谱分析，该技术在近年来，统一电弱性也为精确验证新物理效应的工具提供了可能性。在本研究中，我们继续开发了用于1S-2S跃迁精密光谱的244 nm高功率连续激发光源，并开发了基波光源976 nm高功率光源。到目前为止，我们已经克服了由于光暗化等原因导致放大器输出随时间衰减的问题，实现了长时间稳定的输出。我们还测试了两级掺镱光纤放大器，并确认可以实现 10 W 的目标输出。在J-PARC的高强度μ子束线实验中，我们使用244 nm脉冲激光进行了μ子1S-2S跃迁光谱实验，并成功观察到了F=1和F'=1之间的1S-2S跃迁。信号速率大约是研究中的 60 倍。此外，还研究了F=0和F'=0之间的转变率，该转变率比F=1和F'=1之间的转变率低，并且在以前的研究中使用统计很难观察到。这是在世界范围内首次被观察到。

项目成果

ミュオニウム1s-2s遷移レーザー分光実験に向けた新実験エリア「Ｓ２」のコミッショニング

用于μ1s-2s跃迁激光光谱实验的新实验区“S2”投入运行

• 发表时间: 2022
• 作者: 足立泰平;原秀明;平木貴宏;池戸豊;今井康貴;石田勝彦;Saeid Kamal;河村成肇;幸田章宏;Yajun Mao;増田孝彦;三部勉;三宅康博;宮本祐樹;大石裕;大谷将士;下村浩一郎;Patrick Strasser;鈴木一仁;植竹智;山基真佑;山崎高幸;吉田光宏;吉村浩司;Ce Zhang
• 通讯作者: Ce Zhang

J-PARC muon g-2/EDM実験のためのイオン化レーザーの開発

开发用于 J-PARC muon g-2/EDM 实验的电离激光器

• 发表时间: 2022
• 作者: 上岡修星;吉田光宏,三部勉;Ce Zhang;原秀明;平木貴宏;今井康貴;増田孝彦;宮本祐樹;植竹智;山基真佑;吉村浩司;鈴木一仁;石田勝彦
• 通讯作者: 石田勝彦

ミューオニウム1S-2S遷移パルスレーザー分光実験およびCWレーザー精密分光実験に向けた研究開発

微米1S-2S跃迁脉冲激光光谱实验和连续激光精密光谱实验的研究与开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 今井康貴，植竹智，下村浩一郎;山崎高幸，吉田光宏，他20名
• 通讯作者: 山崎高幸，吉田光宏，他20名

ミューオニウム1S-2Sレーザー分光に向けたニ層構造ターゲットの研究

μ1S-2S激光光谱双层靶材研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Yutaro Enomoto;Kazuma Yonezu;Yosuke Mitsuhashi;Kan Takase;Shuntaro Takeda;嵯峨航，今井康貴，池戸豊，足立泰平，植竹智，石田勝彦，岩井遼斗，Saeid Kamal，上岡修星，河村成肇，幸田章宏，Yajun Mao，増田孝彦，三部勉，三宅康博，宮本祐樹，大石裕，大谷将士，山基真佑，Patrick Strasser，下村浩一郎，鈴木一仁，杉山蒼，原秀明，平木貴宏，山崎高幸，吉村浩司，吉田光宏，四塚麻衣，Ce Zhang
• 通讯作者: 嵯峨航，今井康貴，池戸豊，足立泰平，植竹智，石田勝彦，岩井遼斗，Saeid Kamal，上岡修星，河村成肇，幸田章宏，Yajun Mao，増田孝彦，三部勉，三宅康博，宮本祐樹，大石裕，大谷将士，山基真佑，Patrick Strasser，下村浩一郎，鈴木一仁，杉山蒼，原秀明，平木貴宏，山崎高幸，吉村浩司，吉田光宏，四塚麻衣，Ce Zhang

Yb原子のレーザー冷却・量子操作のための1112nmファイバーアンプ開発

开发用于 Yb 原子激光冷却和量子操纵的 1112nm 光纤放大器

• 发表时间: 2022
• 作者: 原秀明;今井康貴;植竹智
• 通讯作者: 植竹智