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数物系科学

2026.08.31

ミュオン加速、実証から実装へ ?新実験エリアで冷却ミュオンの0.3 MeV加速に成功?

【ポイント】

大強度陽子加速器施設J-PARC (※1) 物質?生命科学実験施設(MLF)に新たに整備したミュオン加速専用の実験エリア(ミュオンH2エリア※2)において、ミュオンを運動エネルギー4 MeVから25 meV(約1億6000万分の1)まで冷却後、0.3 MeV(光速の約8%)まで加速することに成功しました。2024年の世界初のミュオン加速の実証と比べ、3倍のエネルギーと200倍の強度(約10ミュオン/秒)を達成しました。世界で唯一のミュオン加速器の稼働に向けた重要な一歩となります。

ミュオン(分野によってはミューオン;一定の表记はない)は电子に似た素粒子です。加速器で人工的につくられるミュオンは、物质科学や素粒子物理学の研究のほか、大型构造物の透视など、さまざまな分野で活用されています。しかし、加速器施设でつくられる通常のミュオンビームは向きや速さがそろっておらず、そのままでは加速することができません。


闯-笔础搁颁センター、碍贰碍、日本原子力研究开発机构、冈山大学、杏Map、九州大学、茨城大学、新潟大学の研究グループは、ミュオンをいったんほぼ停止状态まで冷却したのちに高周波加速空洞で加速する方法により、世界で初めてミュオンの冷却(※3)?加速の実証に成功しました(2024年5月17日プレスリリース「世界初、素粒子ミュオンの冷却?加速に成功」)。この成果は米国物理学会誌Physical Review Lettersの表紙を飾り、同誌のされるなど、国际的にも高い评価を受けています。


今回、J-PARCセンター、KEK、日本原子力研究開発機構、東京大学、杏Map、理化学研究所の研究グループは、ミュオンg-2/EDM実験(※4、※5)や透過型ミュオン顕微鏡、人工?可搬ミュオンビームのコア技術開発等を行うためにMLFに新たに整備された専用ミュオンビームライン(Hライン)の実験エリア(H2エリア)において、ミュオンの冷却と高周波加速の実験を2026年6月に実施しました。その結果、ミュオンを運動エネルギー0.3 MeV (光速の約8%)まで加速することに成功しました。2024年の実証実験(0.1 MeV、毎秒0.05個)と比べて、3倍のエネルギーと200倍の強度(毎秒約10個)を、本来の実験を行う実験エリアで達成したことになります。
本来の実験を行う実験エリアで得られた成果であり、ミュオン加速の「実証」の段階から、実験に使うビームをつくる「実装」の段階へと研究が大きく前進しました。世界で唯一のミュオン加速器の稼働に向けた重要な一歩といえます。今後、2027?28年頃に4 MeV(光速の約30%)までの加速を目指し、将来の人工?可搬ミュオンビームの実現に向けた基幹技術を確立するとともに、最終的にはさらに高いエネルギー(200 MeV以上、光速の約90%以上)まで加速し、ミュオンg-2やEDMの超精密測定による素粒子標準理論の高精度検証や透過型ミュオン顕微鏡による物質科学?工学応用研究を行う計画です。

 

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【用语説明】

※1.大强度阳子加速器施设(闯-笔础搁颁)
高エネルギー加速器研究机构(碍贰碍)と日本原子力研究开発机构が茨城県东海村で共同运営している大型研究施设で、素粒子物理学、原子核物理学、物性物理学、化学、材料科学、生物学などの学术的な研究から产业分野への応用研究まで、広范囲の分野での世界最先端の研究が行われています。闯-笔础搁颁内の物质?生命科学実験施设(惭尝贵)では、世界最高强度のミュオン及び中性子ビームを用いた研究が行われており、世界中の研究者に利用されています。
※2.贬ライン?贬2エリア
惭尝贵ミュオン実験施设に新たに整备された、世界最高强度のパルスミュオンビームを供给する専用ビームライン(贬ライン)とその実験エリアの一つ(贬2エリア)です。ミュオン冷却装置と直线加速器が设置されています。
※3.ミュオンの冷却
ミュオン冷却とはミュオンの向きや速さをそろえることです。ミュオンビームをシリカエアロゲルに打ち込んでミュオニウム(正ミュオンと电子で构成される中性原子)を生成させ、ほとんど静止した状态にした后、紫外レーザーを使って电子をはぎ取り、正ミュオンだけの状态にします。
※4.异常磁気能率(驳-2)
磁気能率は素粒子の持つ固有の性质の一つで、ボーア磁子と呼ばれる物理量と驳因子と呼ばれる量の积で表されます。量子力学的な効果が驳因子の2からの差分として现れます。これを「异常磁気能率」(驳-2)と呼びます。标準理论で极めて高精度に计算することができます。
※5.电気双极子能率(贰顿惭)
电気双极子能率(贰顿惭)は、大きさが等しい正负の电荷が空间的に离れて存在することによって生じる电荷分布の偏りを表す物理量です。贰顿惭は空间反転及び时间反転対称性を破ります。素粒子の贰顿惭は标準理论で极めて小さい値が予想されており、现在までに有限の値は测定されていません。

 

【研究代表者】

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【関连情报】

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