新たな原子系「多価ミュオンイオン」の観測に成功~宇宙観測検出器が捉えるエキゾチック原子の世界~

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2025-05-19 東京都立大学

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図1:本研究で観測した多価ミュオンイオン(μAr16+, μAr15+, μAr14+)の模式図。μAr16+, μAr15+, μAr14+は、負ミュオンに加えて電子をそれぞれ1, 2または3個束縛している。

東京都立大学の研究チームは、J-PARCで「多価ミュオンイオン」のX線分光観測に成功した。これは負ミュオンが複数の電子と束縛する特殊な原子系で、宇宙観測技術を応用した高分解能X線センサ(TES)により、従来困難だった高精度観測が可能に。μAr^15+など複数のイオン種を識別し、軌道崩壊現象も明らかにした。新技術は基礎物理だけでなく、非破壊分析や量子構造研究への応用も期待される。

<関連情報>

電子顕微鏡で検証された少数電子高電荷ミュオンAr原子X線 Few-Electron Highly Charged Muonic Ar Atoms Verified by Electronic X Rays

T. Okumura, T. Azuma, D. A. Bennett, W. B. Doriese, M. S. Durkin, J. W. Fowler, J. D. Gard, T. Hashimoto, R. Hayakawa et al.
Physical Review Letters  Published: 16 June, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.243001

Abstract

A highly charged muonic ion is a unique few-body atomic system where a negatively charged muon and a few electrons are simultaneously bound to a single nucleus. We report the first state-selective observation of highly charged muonic Ar (⁢Ar) by electronic x-ray spectroscopy using an array of transition-edge sensor microcalorimeters. The high-precision x-ray spectra provide a clear signature of the presence of muonic atoms with one, two, and three electrons, i.e., H-like, He-like, and Li-like ⁢Ar. With the aid of theoretical calculations, we confirmed that the peak positions are consistent with the x-ray energies from highly charged Cl ions, and the intensities reflect deexcitation dynamics of highly charged ⁢Ar.

1701物理及び化学
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