原子分光は構成粒子の性質を精密に調べる有力な手段です。レーザーなど電磁波の周波数を少しずつ変え (掃引) ながら共鳴のピークを探し、共鳴曲線を描いて中心となる周波数を求めるのが普通ですが、途中で電磁波のパワーなどの条件が変動すれば、たちまち精度が悪くなってしまいます。東京大学 大学院理学系研究科の鳥居 寛之 准教授、高エネルギー加速器研究機構 (KEK) の西村 昇一郎 博士研究員および下村 浩一郎 教授、九州大学 大学院理学研究院の東城 順治 准教授らの研究グループは、周波数掃引が不要の画期的な原子分光法を編み出しました。固定した周波数に対する時間応答が、共鳴の中心周波数からのずれ (離調) に依存して特徴的な振動を示すことを利用して、共鳴中心を逆算して求める手法で、これをラビ振動分光と名付けました。従来の分光法より精度が高く、特に短寿命の不安定な素粒子や原子核を含む原子に効果的だと期待されます。今回の実験ではこの分光法を、水素に似たミュオニウム原子に適用して、その超微細構造をマイクロ波で精密に測定することに成功しました。これにより、素粒子ミュオン (ミュー粒子) の質量を高精度で決定して、量子電磁力学 (QED) をはじめとする素粒子物理学の標準模型を検証することができます。
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