Search of muonium-antimuonium conversion using electron ionization

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素粒子標準模型を超えた新物理により起こりうるミュオニウム(Mu)-反ミュオニウム(Mubar)転換過程の探索に向けて、従来のMubar崩壊由来の電子と陽電子を検出する手法に代わり、Mubarを構成する負ミュオンを直接検出する新たな実験を計画している。新手法では、負ミュオンと誤同定されうる負ミュオニウムイオン(Mu-)が実験感度を制限するバックラウンドとなる。そのため本研究では、電子イオン解離反応を用いたイオン解離装置(イオナイザー)を開発することで、Mu-の誤検出を抑制して実験感度の向上を図る。イオナイザー内部では、大量の電子を用いてMubarをイオン解離したのち、負ミュオンを取り出す。令和4年度は、負水素イオン源の電子閉じ込め磁場を計算するための計算コード群を改良して、イオナイザーからのビーム引き出し電極系の設計に取り組んだ。昨年度に準備した粒子反応計算ツールであるGeant4と別に、輸送計算には大強度陽子加速器施設J-PARCのイオン源などの負水素イオン源分野で実績のあるfortranベースの計算コード群をミュオン用に改良してコード開発を進めた。令和4年度の実績として、電子閉じ込めにJ-PARCイオン源と同様の永久磁石によるマルチカスプ磁場配位を作った条件下で、ミュオンをプラズマから引き出せることを計算コード上で確認した。令和5年度のイオナイザー試作機製作に向けて制御電源の手配を進めると共に、継続してイオナイザー電極系の最適化と試作機製作を進める。また、Mu-Mubar転換過程の探索実験における実験感度評価について、共同研究者らとオンラインでの打ち合わせによる議論を行った。