高エネルギー加速器研究機構

J-PARCセンター

名古屋大学

東京大学大学院理学系研究科

発表概要

ヘリウム原子の持つ2つの電子のうち1つをミュオンに置き換えたミュオニックヘリウム原子は、自然界に存在しない特殊な原子です。ミュオニックヘリウム原子の超微細構造を精密に測定することで、負の電荷を持つミュオンの質量の決定や、素粒子基礎理論の検証が可能です。ミュオニックヘリウム原子の超微細構造は1980年代にスイスのポール・シェラー研究所とアメリカのロスアラモス国立研究所でそれぞれ測定されて以降、これまで測定されていませんでした。

本研究チームは、茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設（J-PARC）物質・生命科学実験施設（MLF）のミュオン科学実験施設（MUSE）Dラインを使ってミュオニックヘリウム原子の超微細構造を、現在の世界記録の1.5倍の精度で測定しました。この結果は我々がパルスミュオンを利用した高精度な測定手法を世界で初めて確立したことを意味します。この手法はDラインの約10倍のビーム強度を持つHラインでも使用可能であり、超微細構造の測定精度はビーム強度と測定時間によって向上することから、今回の成果によって測定精度をさらに100倍向上し、負の電荷を持つミュオンの質量をより正確に決定するとともに、他の実験結果と組み合わせて物理学の根幹をなす法則「CPT定理」を検証する見通しが立ったと言えます。

図：J-PARC MLF MUSEのD2実験エリアに設置された実験装置。

本研究成果には、化学専攻の 鳥居寛之准教授が参加しています。

詳しくは、高エネルギー加速器研究機構 のホームページをご覧ください。

発表雑誌

雑誌名	Physical Review Letters
論文タイトル	Improved Measurements of Muonic Helium Ground-State Hyperfine Structure at a Near-Zero Magnetic Field