Development of fundamental techniques to realize a new idea of Mu-antiMu conversion search

本研究の究極の目的は、ミュオニウム(Mu)-反ミュオニウム(antiMu)振動の観測による「標準模型を超えた新物理」の発見である。Muはレプトン・フレーバのみの量子数を持つ特異な束縛系で、レプトン・フレーバー非保存の新物理による過程が存在すればMu-Mu 振動を引き起こすことが理論的に予言されている。また、Mu-antiMu振動は原子の波動関数・原子核の構造に影響されず、新物理の特質をきれいに観測できるという点で独自の価値を持つ。海外の先行研究では通常のミュオン崩壊に伴うバックグラウンドに由来する系統誤差が統計誤差を上回り、1990年代の実験以降、実験感度の向上が望めない状況が続いていた。本研究では、J-PARCなどで開発されているMuの乖離用大強度レーザーをantiMuの乖離に利用し、単離した負ミュオンを分光する手法の開発を目指している。先行した原理実証研究では、Muの生成時に同時に生成されるMu-（負水素イオンH-に類する正ミュオン1つと電子2つの系）が実験上のバックグラウンドとなることが示された。antiMu乖離用レーザーの照射時間をずらすことで、Mu-の影響を除くことはできるが、実験上の制約となりえる。そこで、antiMuに由来する負ミュオンを確実に同定するため、負ミュオンが発する特性X線の検出を検出器アレイに組み込む必要がある。本年度は、単離後の負ミュオンを輸送するビームラインの最下流部に設置するためのマイクロチャンネルプレート（MCP）の開発を行った。一般的なMCPの入射面にCsIを350nm程度の厚さでコートした。antiMu由来の負ミュオンは数10keV程度の引き出し電圧で輸送されるため、このCsI層に止まることが想定される。また、CsIのコートによりMCP自体は光に対するゲインが上昇するが、ミュオンなどの荷電粒子に対しては影響は小さいと考えられる。

本研究の究極の目的は、ミュオニウム(Mu)-反ミュオニウム(antiMu)振動の観測による「標準模型を超えた新物理」の発見である。Muはレプトン・フレーバのみの量子数を持つ特異な束縛系で、レプトン・フレーバー非保存の新物理による過程が存在すればMu-Mu 振動を引き起こすことが理論的に予言されている。また、Mu-antiMu振動は原子の波動関数・原子核の構造に影響されず、新物理の特質をきれいに観測できるという点で独自の価値を持つ。海外の先行研究では通常のミュオン崩壊に伴うバックグラウンドに由来する系統誤差が統計誤差を上回り、1990年代の実験以降、実験感度の向上が望めない状況が続いていた。本研究では、J-PARCなどで開発されているMuの乖離用大強度レーザーをantiMuの乖離に利用し、単離した負ミュオンを分光する手法の開発を目指している。先行した原理実証研究では、Muの生成時に同時に生成されるMu-（負水素イオンH-に類する正ミュオン1つと電子2つの系）が実験上のバックグラウンドとなることが示された。antiMu乖離用レーザーの照射時間をずらすことで、Mu-の影響を除くことはできるが、実験上の制約となりえる。そこで、antiMuに由来する負ミュオンを確実に同定するため、負ミュオンが発する特性X線の検出を検出器アレイに組み込む必要がある。本年度は、単離後の負ミュオンを輸送するビームラインの最下流部に設置するためのマイクロチャンネルプレート（MCP）の開発を行った。一般的なMCPの入射面にCsIを350nm程度の厚さでコートした。antiMu由来の負ミュオンは数10keV程度の引き出し電圧で輸送されるため、このCsI層に止まることが想定される。また、CsIのコートによりMCP自体は光に対するゲインが上昇するが、ミュオンなどの荷電粒子に対しては影響は小さいと考えられる。