レーザー精密分光によるミュー粒子質量の測定

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本研究は，水素様純レプトン原子ミューオニウムの1S-2S遷移の精密分光により，基礎物理定数であるミュー粒子質量の決定精度を向上させることを目標とする．ミュー粒子は強い相互作用(QCD)の影響を受けないため，その物理定数の精密測定は量子電磁力学(QED)のみならず，電弱スケールの新物理の探索へともつながる．現在ミュー粒子に関する基礎物理定数の不確かさは，その質量決定精度に由来する不確かさにより大きく制限されており，近年著しい進展を見せるレーザー原子分光技術を駆使しミューオニウムの分光を行い，電弱統一および新物理の効果を精密に検証するツールとしての可能性を拓く．本研究では，1S-2S遷移精密分光用の244 nm高出力CW励起光源の開発を進め，基本波光源である976 nm高出力光源の開発を行った．これまでに，photodarkening等による増幅器の出力が時間減衰する問題を克服し長時間安定な出力を達成した．また，2段構成にしたYb添加ファイバ増幅器のテストを行い、目標である10 Wの出力が達成可能であることを確認した。J-PARCの高強度ミュー粒子ビームラインにおいての実験では，244 nmパルスレーザーを用いたミューオニウムの1S-2S遷移分光実験を行い，1S-2SのF=1-F'=1間遷移を先行研究の約60倍の信号レートで観測する事に成功した．また，F=1-F'=1間遷移よりも遷移レートが低く，先行研究での統計量では観測が困難だった別超微細構造間であるF=0-F'=0間遷移を世界で初めて観測した．