High-Precision Measurement of Negative Muon Mass by Muonic Helium Atom Hyperfine Structure Spectroscopy

Mu子氦原子超精细结构光谱高精度测量负μ子质量

• 批准号: 21H04481
• 负责人: Patrick Strasser
• 金额: $ 27.29万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04481/
• 关键词: 負ミュオン; ミュオニックヘリウム原子; 超微細構造

本研究では、ミュオニックヘリウム原子（ヘリウム原子核、負ミュオンおよび電子の束縛状態）の基底状態における超微細構造を精密に測定することで、負ミュオンの磁気モーメントと質量を高精度で決定する。正負ミュオンの質量の比較からCPT不変性を検証し、超微細構造の測定値を量子三体系の精密計算と比較して量子電磁力学を検証する。J-PARC MLFにおける世界最高強度のパルス負ミュオンビームを利用し、ラビ振動を時間領域で解析する分光法（ラビ振動分光法）と光ポンピングによるミュオニックヘリウム原子の再偏極技術を組み合せることで測定精度を向上させる。ゼロ磁場における超微細構造の直接測定と、高磁場中におけるゼーマン遷移の分光による間接測定を行う。今年度はJ-PARC MLF MUSEにおいてゼロ磁場環境下でのマイクロ波分光実験を行い、4気圧および10.5 気圧のヘリウム気体標的を用いてミュオニックヘリウム原子の超微細構造を先行実験の結果を上回る統計精度で測定することに成功した。系統的不確かさの評価を含む詳細なデータ解析が進行中である。これと並行して、ミュオニックヘリウム原子をスピン交換光ポンピング（SEOP）によって再編極するためのアルカリ金属を添加したヘリウムガラスセルとレーザー光学系を開発し、電子スピン共鳴信号を観測してSEOPによる電子スピン偏極を確認した。また、ミュオンスピン分光器を用いたミュオニックヘリウム原子の再編極実験を実施するための光学筐体を製作した。

In this study, the ultra-fine structure of the substrate state of atoms (including nuclei, negative ions and electron bound states) is precisely measured, and the mass of magnetic particles is determined with high accuracy. Comparison of the mass of negative numbers, CPT invariance model, measurement of ultra-fine structures, precision calculation and comparison of quantum three-dimensional systems, and demonstration of quantum electromagnetism J-PARC MLF is the world's highest intensity of light absorption, vibration, time domain analysis, optical absorption, atomic repolarization technology, combination, measurement accuracy, etc. Direct measurement of ultra-fine structure in magnetic field, indirect measurement of ultra-fine structure in high magnetic field This year, J-PARC MLF MUSE was successfully tested for atomic ultrafine structure in the presence of magnetic field environment, 4 gas pressure and 10.5 gas pressure. The system's inaccuracy evaluation includes detailed analysis in progress. In addition, the electronic resonance signal is detected in the SEOP. The optical system is fabricated by using the optical fiber splitter and rearranging the atoms.

项目成果

Measurement and development of muonic helium hyperfine structure at J-PARC

J-PARC 微米氦超精细结构的测量和开发

• 发表时间: 2021
• 作者: Seiso Fukumura;Patrick Strasser;Takashi Ino;Takayuki Oku;Takuya Okudaira;Sohtaro Kanda; Masaaki Kitaguchi;Koichiro Shimomura;Hirohiko Shimizu;Shoichiro Nishimura
• 通讯作者: Shoichiro Nishimura

J-PARCにおけるミューオニックヘリウム超微細構造精密測定及びミューオニックヘリウム偏極用SEOP装置の開発状況

J-PARC μ子氦超细结构精密测量及μ子氦偏振SEOP​​设备发展现状

• 发表时间: 2022
• 作者: 福村省三;Patrick Strasser;猪野隆;奥隆之;奥平琢也;神田聡太郎;北口雅暁;清水裕彦;下村浩一郎;鳥居寛之;西村昇一郎
• 通讯作者: 西村昇一郎

Status of the new muonic helium atom HFS measurements at J-PARC MUSE

• DOI: 10.1088/1742-6596/2462/1/012023
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: P. Strasser;S. Fukumura;T. Ino;R. Iwai;S. Kanda;S. Kawamura;M. Kitaguchi;S. Nishimura;T. O

ミューオニックヘリウム偏極用SEOP装置の開発

μ子氦极化SEOP装置的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: 福村省三;Patrick Strasser;猪野隆;奥隆之;奥平琢也;神田聡太郎;北口雅暁;清水裕彦;下村浩一郎;西村昇一郎
• 通讯作者: 西村昇一郎

Muonic helium atom hyperfine splitting measurement at J-PARC

J-PARC 的 μ 子氦原子超精细分裂测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤拓海;他;緒方一介;Patrick Strasser
• 通讯作者: Patrick Strasser