Super high precision measurements of anomalous magnetic moment and electric dipole moment of muon

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本研究では、ミュオンを冷却・加速することにより世界初の低エミッタンスビームを実現し、３次元らせん入射・コンパクトな蓄積磁石・高安定度飛跡検出器を用いて従来と全く違う手法を用いて、g-2とEDMの超精密測定を行う。これによりg-2に新物理の効果が見えているのかに決着をつけるとともに、EDMを世界最高精度で探索することが目的である。本研究は現在建設中のJ-PARCの物質生命科学実験施設(MLF)のミュオンビームライン(Hライン)にて行う。陽子加速器から取り出された3 GeVの陽子ビームがミュオン生成標的に照射されると、標的中でパイオンが生成・静止し、その2体崩壊によって100%偏極した運動エネルギー4 MeV (運動量約30 MeV/c)の正電荷を持つミュオン(表面ミュオン)が生成される。これを捕獲ソレノイドとビームラインによって輸送し、ミュオニウム生成標的で静止させる。ここでミュオンは熱エネルギー程度まで減速され、電子を捕獲しミュオニウムとなり、標的外へ放出される。共鳴イオン化レーザー(122 nm/355 nm)を用いてミュオニウムから電子を解離すると、熱エネルギー(25 meV)程度の超低速のミュオンができる。これを直線加速器で運動エネルギー212 MeVまで３段階に分けて加速することで非常に指向性の良い(pT/p~10-5)「低エミッタンスミュオンビーム」が得られる。ビームエミッタンスは通常のミュオンビームに比べて1/1000程度小さい。このビームを3 Tの超伝導蓄積磁石へ入射する。均一度が極めて高い蓄積磁場でミュオンビームを蓄積し、崩壊で生成した陽電子をシリコン飛跡検出器で測定することにより、ミュオンのスピン歳差運動を測定し、g-2とEDMを精密測定する。