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g-2 実験 量子電磁力学の精密テスト と 標準理論のかなた

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g-2 実験 量子電磁力学の精密テスト と 標準理論のかなた - PowerPoint PPT Presentation


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g-2 実験 量子電磁力学の精密テスト と 標準理論のかなた.  電子の異常磁気モーメント. 歴史. Dirac は相対論的波動方程式を解き、電子の g- 因子      が丁度2になることを証明。. 1947 Schwinger は quantum electro dynamics (QED) を        使って g- 因子が2からずれることを証明した。. Kusch はg=2からのずれが、 0.1% であることを      発見した。.   それ以来 , 多くの (g-2) 実験が電子だけでなく陽電

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g-2 実験量子電磁力学の精密テストと標準理論のかなた
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 電子の異常磁気モーメント

歴史

Dirac は相対論的波動方程式を解き、電子のg-因子 

    が丁度2になることを証明。

1947 Schwinger はquantum electro dynamics (QED)を   

    使ってg-因子が2からずれることを証明した。

  • Kuschはg=2からのずれが、0.1%であることを 
  •     発見した。

  それ以来, 多くの(g-2)実験が電子だけでなく陽電

    子、ミュー粒子、等で行われ、QEDや標準模型  

    (Standard Model)の有効性の試金石とされてき

    ました。

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2. Quantum Electro Dynamic (QED)

  • 自由電子が光子を放出したり、吸収したりする。
  •  これは不確定性原理から可能。
  • 仮想光子は更に電子と陽電子対を生み出す。
  • 電子・陽電子対は裸の電子の周りに集まってくる。
  •  これを真空分極(Vacuum Polarization)という。
  •  真空分極は裸の電子の電荷を減らす。
  • 仮想光子の発生は発散するが、この過程は朝永、Schwinger、  

Feynmanたちによって繰り込まれた。このとき、裸の電子は無限大

  の電荷を持っているとした。

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SchwingerはQEDを用い 

  てg-2を算出した。(1947)

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現在でもg-2 の計算は進んでおり、木下(Cornel)等はαの4次までの計算を進めている。 更に計算は、真空分極や弱い相互作用の効果まで考慮している。問題はα(微細構造定数)の精度の問題になっている。

電子に対する結論

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実験の進歩

3.a. 電子の測定

Kusch

1948

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 磁場中の電子の運動; LarmorとCyclotron周波数はほ

  ぼ同じ

Crane (Michigan) はうなりを観測、スピンの 

      向を見るためにMott散乱を利用した。.

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~1976 Dehmelt (Washington) ペニングトラップを用いて

      より正確な測定を行った。4Kに冷やしたペニング

      トラップに1個の電子を閉じ込めることに成功した。

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電子状態はあたかも電子が原子に束縛されているかのごとく振るまう。彼はそれをgeoniumと名づけた。電子状態はあたかも電子が原子に束縛されているかのごとく振るまう。彼はそれをgeoniumと名づけた。

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トラップされた電子によって Larmor 歳差運動は 図のダイヤグラムに示される。

この結果は電子スピンフリップする状態は接近している。共鳴のマイクロ波を加えることによってスピンフリップが起こる。

そして、調和振動しているトラップ軌道が変化し検出される。

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3.b. 他のレプトンの測定

  • ミューオンの測定

Farley, Picasso at CERN, 及びHughes (Yale) at BNL

  • t粒子: 短距離相関により敏感である。

Theory for muon Theory for t

3.c. ミューオン蓄積リング(BNL)を用いた最近の研究。

  •  ミューオン蓄積リング (直径 14 m) 3.094 GeV/c ミューオ 

   ンビームを直接注入可能。

  •  円周上に沿って、超一様性磁場 ( ~1ppm) が実現され

   た。

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この装置のメリット:

  • ミューオンの寿命は特殊相対論によって長くなる。
  • このミューオン運動量では静電場に依存しない。
  • 非常に手の込んだ入射磁石を導入することによって、

   直接ミューオンを蓄積リングに導入することができたの

   で、高計数率が得られた。

  • プラスチックファイバーを用いて精密なビーム軌道のモ

   ニターができた。

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