Precision test of electroweak theory and search for new physics beyond the Standard Model by laser spectroscopy of purely leptonic atoms

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本研究では，最新の原子分光技術と高品質ミュー粒子生成技術，そして電弱統一理論の精密計算技術の3つを最大限に活用し，素粒子であるレプトンのみから構成される「純レプトン原子」のエネルギー準位を精密に測定する．これにより，標準理論の精密検証および電子とミュー粒子に結合する未発見の素粒子(力を媒介する粒子)探索を目指す．令和3年度はレーザー分光のためのビームライン(S2エリア)が始動し，コミッショニングを行った．ビームラインオプティクスの最適化を進め，目標としていたミュー粒子レートである1秒あたり2×10^6個のレートを得ることに成功した．また，これまでに岡山大学やKEKつくばキャンパスで開発したレーザーシステムをJ-PARCへ移設し，再立ち上げおよび調整を行った．目標としていた出力 (2mJ@244nm) のレーザー開発が完了し，1週間に渡る連続測定も可能な長期安定度を有することも確認した．開発したレーザーシステムを用い，2022年1月よりレーザー分光実験を開始した．その結果，ラザフォードアップルトン研究所で行われた先行研究の50倍以上の信号レートで1S-2S共鳴スペクトルを得ることに成功した．ラザフォードアップルトン研究所の実験時と比べてミュー粒子ビーム強度は20倍高くなっているが，信号レートはそれを上回っており，当初の期待以上の成果が得られている．また，基底状態超微細分裂のマイクロ波分光では，新たにラビ振動分光法という分光技術を確立し，超微細分裂の遷移周波数を160×10^-9の精度で決定した．これはゼロ磁場での分光で世界最高精度であり，論文として出版済みである．