2021/04/16

「理想の水素原子」で未知の物理現象を探索する
ミュオニウムのマイクロ波分光実験がスタート

 

高エネルギー加速器研究機構

J-PARCセンター

理化学研究所

東京大学大学院理学系研究科

東京大学大学院総合文化研究科

 

概要

高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所の神田聡太郎助教(研究当時は理化学研究所 基礎科学特別研究員)、下村浩一郎教授らのグループは、KEK素粒子原子核研究所、理化学研究所、東京大学などと共同で、大強度陽子加速器施設(J-PARC) 物質・生命科学実験施設(MLF)ミュオン科学研究施設(MUSE)の大強度のパルス状ミュオンビームを用いてミュオニウム原子の基底状態における超微細構造をマイクロ波分光することに成功しました。ミュオニウムは正電荷ミュオンと電子からなる水素に似た原子で、その超微細構造を精密に測定すれば量子電磁力学をはじめとする素粒子物理学の標準模型をきわめて高い精度で検証できます。今回の実験によって、1999年に米国ロスアラモス国立研究所で得られた世界記録を10倍以上更新できる見通しが得られました。本研究成果は、Physics Letters B に掲載されました。

図:実験の結果得られたミュオニウム超微細構造 (HFS)の共鳴曲線
横軸はマイクロ波の周波数を、縦軸は検出された陽電子の数がマイクロ波照射によって変化した割合を表す。マイクロ波の周波数がHFSに対応する周波数に近いほど陽電子計数の変化が大きくなる。

 

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。詳細については、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。

 

―東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室―