Precise measurement of the mass and magnetic moment of muon using electromagnetic traps and the search for new physics

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本課題で測定を実施するJ-PARCミュオン施設の大強度ミュオンビームラインであるHラインにおいて2021年度から設置を進めていたコンポーネントの内、ミュオンと陽電子を分離するDCセパレタの制作が2022年度末に完了し、2023年夏季に設置をおこない2023年秋には運用を開始する予定である。一方、ミュオントラップの設計に関しては、2021年度までに行った概念設計にトラップの形状に関する新しい知見を反映させた後、実機の製作に取りかかった。また陽電子検出器に関しては、ジュネーブ大学とのSiGe検出器の共同開発体制を構築し、テスト実験の準備を進めている。基本ユニットが完成したイオン化レーザーは、より大強度化を目指してアンプ系の増強等を進めた。尚、3He NMR測定装置は引き続き開発を進めているが、初期実験は今までに確立しているH20プローブを使用して実施することとした。2023年度中にはこれらのシステムを統合して世界初のミュオントラップの実現を目指す。これにより、単一自由粒子としてのミュオンの運動を観測し、ミュオン粒子そのものの質量や磁気モーメントをこれまでにない高精度で決定可能となる。これは、超低速ミュオンビームを大量に生成可能な世界で唯一の施設であるJ-PARCでのみ観測可能な手法である。以上により得られた結果は、素粒子標準理論では説明が困難であったミュオン粒子とミュオニウムを含む物理現象を説明可能とする厳密で精緻な新物理の探索を行う上で大変重要である。