LHC加速器とATLAS検出器を用いた超対称性事象の探索およびその性質の研究

研究代表者は、超対称性事象の探索を目的とした研究として、LHC加速器およびATLAS検出器を用いた実験と並行してポジトロニウムを用いた小規模実験を行っている。これは電子・陽電子による重心エネルギー1MeVの衝突型加速器実験に相当し、未知の新粒子を探索するのに適している。特に、基底状態のパラポジトロニウムとオルソポジトロニウムとのエネルギー準位差(超微細構造)は、実験値と理論値の間に3.9σもの有意なずれが報告されており、このずれが実験の系統誤差によるものでなければ、標準理論を超えた未知の新粒子の存在を表す。研究代表者は現在、このずれを検証すべく、過去の実験とは異なる新たな手法を用いてポジトロニウム超微細構造を測定する実験を行っている。過去の実験は強い静磁場を用い、ゼーマン効果を利用することで間接的に超微細構造を測定していたが、ポジトロニウムが生成される広い領域にわたって一様な磁場を印加することは極めて難しく、最大の系統誤差であった。この不定性をなくすため、超微細構造のエネルギーに等しい203GHzのミリ波を直接照射する手法を採用した。この手法はシンプルではあるが極めて高強度なミリ波源が必要とするため、過去に例がないものである。光源として300Wの出力を持つジャイロトロンを用い、その出力をファブリー・ペロー共振器内に蓄積することで約10kWのパワーを達成した。この光学系を用いることで直接遷移を5.4σの有意性で世界で初めて観測した。また、遷移量のパワー依存性を確認し、得られた遷移量および蓄積パワーから遷移確率を世界で初めて測定した。得られた値は理論値と無矛盾である。今後は、周波数を変化させた場合の遷移量の変化を測定することで世界初のポジトロニウム超微細構造の直接測定を目指す。最終的には測定精度を10ppmレベルまで向上させ、実験値と理論値とのずれを検証することで標準理論を超える物理を探索する。

研究代表者は、超対称性事象の探索を目的とした研究として、LHC加速器およびATLAS検出器を用いた実験と並行してポジトロニウムを用いた小規模実験を行っている。これは電子・陽電子による重心エネルギー1MeVの衝突型加速器実験に相当し、未知の新粒子を探索するのに適している。特に、基底状態のパラポジトロニウムとオルソポジトロニウムとのエネルギー準位差(超微細構造)は、実験値と理論値の間に3.9σもの有意なずれが報告されており、このずれが実験の系統誤差によるものでなければ、標準理論を超えた未知の新粒子の存在を表す。研究代表者は現在、このずれを検証すべく、過去の実験とは異なる新たな手法を用いてポジトロニウム超微細構造を測定する実験を行っている。過去の実験は強い静磁場を用い、ゼーマン効果を利用することで間接的に超微細構造を測定していたが、ポジトロニウムが生成される広い領域にわたって一様な磁場を印加することは極めて難しく、最大の系統誤差であった。この不定性をなくすため、超微細構造のエネルギーに等しい203GHzのミリ波を直接照射する手法を採用した。この手法はシンプルではあるが極めて高強度なミリ波源が必要とするため、過去に例がないものである。光源として300Wの出力を持つジャイロトロンを用い、その出力をファブリー・ペロー共振器内に蓄積することで約10kWのパワーを達成した。この光学系を用いることで直接遷移を5.4σの有意性で世界で初めて観測した。また、遷移量のパワー依存性を確認し、得られた遷移量および蓄積パワーから遷移確率を世界で初めて測定した。得られた値は理論値と無矛盾である。今後は、周波数を変化させた場合の遷移量の変化を測定することで世界初のポジトロニウム超微細構造の直接測定を目指す。最終的には測定精度を10ppmレベルまで向上させ、実験値と理論値とのずれを検証することで標準理論を超える物理を探索する。