最先端超伝導検出器で探るミュオン原子形成過程の全貌 -負ミュオン・電子・原子核の織り成すフェムト秒ダイナミクス-

最先端超伝導検出器で探るミュオン原子形成過程の全貌
ミュオン原子脱励起過程のダイナミクス


理化学研究所

日本原子力研究開発機構

立教大学

東京都立大学

カスラー・ブロッセル研究所

筑波大学

東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構

高エネルギー加速器研究機構

J-PARC

中部大学

 

概要

理化学研究所(理研)開拓研究本部東原子分子物理研究室の奥村拓馬特別研究員、東俊行主任研究員、岡田信二協力研究員(研究当時、現中部大学准教授)、日本原子力研究開発機構の橋本直研究員、立教大学の山田真也准教授、東京都立大学の竜野秀行客員研究員、カスラー・ブロッセル研究所のポール・インデリカート教授、筑波大学のトン・ショウミン准教授、東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の高橋忠幸教授、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の三宅康博特別教授らの国際共同研究グループは、最先端X線検出器である超伝導転移端マイクロカロリメータ(TES)を用いて、「ミュオン原子」から放出される「電子特性X線」のエネルギースペクトルを精密に測定し、ミュオン原子形成過程のダイナミクスの全貌を明らかにしました。本研究成果は、負ミュオン・電子・原子核から構成されるエキゾチック量子少数多体系のダイナミクスという新たな研究分野の開拓につながると期待できます。

負ミュオンが金属の鉄の中に打ち込まれると、負ミュオンと鉄原子核で構成されるミュオン鉄原子が生成されます。今回、国際共同研究グループは宇宙X線観測などに向けて開発されてきたTESを大強度陽子加速器施設J-PARC物質・生命科学実験施設 MLF に持ち込み、ミュオン鉄原子から放出される電子特性X線を精密測定しました。TES検出器の高いエネルギー分解能により、ミュオン鉄原子による電子特性X線のエネルギースペクトルが、1本の鋭いピークではなく、幅広い非対称な構造を持つことが分かりました。また、このスペクトル構造からミュオン原子形成過程における負ミュオン・束縛電子のフェムト秒ダイナミクスの解明に成功しました。

 

本研究は、科学雑誌『Physical Review Letters』のEditors’ Suggestionに選ばれ、オンライン版(7月27日付)に掲載されます。

 


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