⚛️ nuclear experiments

An improved direct limit on the muon electric dipole moment

フェルミ国立加速器研究所のMuon g-2実験において2019年から2020年の間に収集されたデータを用いて、研究者らはミューオンの電気双極子モーメントに対して $|d_\mu|<1.10\times10^{-19}~e\cdot$ cmという新たな直接的な95%信頼区間の限界値を確立し、測定値はゼロと一致することを見出した。

原著者： 2 Collaboration, D. P. Aguillard (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), T. Albahri (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Allspach (Fermi National Accelerator Laboratory2 Collaboration, D. P. Aguillard (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), T. Albahri (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Allspach (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. Annala (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Badgley (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Baeßler (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), L. Bailey (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Barlas-Yucel (27,a), T. Barrett (Cornell University, Ithaca, New York, USA), E. Barzi (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), F. Bedeschi (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), M. Berz (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), M. Bhattacharya (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), H. P. Binney (University of Washington, Seattle, Washington, USA), P. Bloom (North Central College, Naperville, Illinois, USA), J. Bono (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Bottalico (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), T. Bowcock (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), S. Braun (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Bressler (31,a), G. Cantatore (12,b), R. M. Carey (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), B. C. K. Casey (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Cauz (25,c), R. Chakraborty (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Chapelain (Cornell University, Ithaca, New York, USA), S. Chappa (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Charity (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Chen (20,21,d), M. Cheng (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), R. Chislett (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), Z. Chu (20,d), T. E. Chupp (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), C. Claessens (University of Washington, Seattle, Washington, USA), F. Confortini (9,e), M. E. Convery (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Corrodi (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), L. Cotrozzi (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), J. D. Crnkovic (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Dabagov (8,f), P. T. Debevec (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), S. Di Falco (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), G. Di Sciascio (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), S. Donati (10,g), B. Drendel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Driutti (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), M. Eads (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), A. Edmonds (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, City University of New York at York College, Jamaica, New York, USA), J. Esquivel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Farooq (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), R. Fatemi (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), K. Ferraby (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Ferrari (10,h), M. Fertl (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), A. T. Fienberg (University of Washington, Seattle, Washington, USA), A. Fioretti (10,h), D. Flay (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), S. B. Foster (2,28,i), H. Friedsam (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), N. S. Froemming (18,j), C. Gabbanini (10,h), I. Gaines (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ganguly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. George (31,k), L. K. Gibbons (Cornell University, Ithaca, New York, USA), A. Gioiosa (24,l), K. L. Giovanetti (Department of Physics and Astronomy, James Madison University, Harrisonburg, Virginia, USA), P. Girotti (10,m), W. Gohn (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), L. Goodenough (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), T. Gorringe (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Grange (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), S. Grant (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), F. Gray (19,n), S. Haciomeroglu (5,o), T. Halewood-Leagas (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Hampai (INFN, Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy), F. Han (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Hempstead (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. W. Hertzog (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Hesketh (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Hess (10,p), A. Hibbert (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Z. Hodge (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Y. Hoh (20,21,q), K. W. Hong (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), R. Hong (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), T. Hu (20,21,d), Y. Hu (20,d), M. Iacovacci (9,e), M. Incagli (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), S. Israel (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), P. Kammel (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Kargiantoulakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Karuza (12,p), J. Kaspar (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. Kawall (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), L. Kelton (Department of Physics and Astronomy, Trinity University, San Antonio, Texas, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Keshavarzi (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), D. S. Kessler (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), K. S. Khaw (20,21,d), Z. Khechadoorian (Cornell University, Ithaca, New York, USA), B. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA, North Central College, Naperville, Illinois, USA), O. Kim (33,n), N. Kinnaird (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), E. Kraegeloh (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), J. LaBounty (University of Washington, Seattle, Washington, USA), K. R. Labe (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Lancaster (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), S. Lee (Center for Axion and Precision Physics), B. Li (20,r), D. Li (20,s), L. Li (20,d), I. Logashenko (4,t), A. Lorente Campos (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), Z. Lu (20,d), A. Lucà (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), G. Lukicov (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), A. Lusiani (10,u), A. L. Lyon (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), B. MacCoy (University of Washington, Seattle, Washington, USA), R. Madrak (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Makino (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), S. Mastroianni (INFN, Sezione di Napoli, Naples, Italy), R. McCarthy (2,v), J. P. Miller (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), S. Miozzi (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), B. Mitra (33,w), J. P. Morgan (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), W. M. Morse (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), J. Mott (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Nath (9,e), J. K. Ng (20,21,d), H. Nguyen (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. Oksuzian (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Z. Omarov (Center for Axion and Precision Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology), W. Osar (Cornell University, Ithaca, New York, USA), R. Osofsky (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Park (Center for Axion and Precision Physics), G. Pauletta (25,c), J. Peck (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), G. M. Piacentino (24,l), R. N. Pilato (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), K. T. Pitts (27,x), B. Plaster (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), N. Pohlman (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), C. C. Polly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Počanić (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), J. Price (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), B. Quinn (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. U. H. Qureshi (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), G. Rakness (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ramachandran (1,k), E. Ramberg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), R. Reimann (14,y), B. L. Roberts (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), D. L. Rubin (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Sakurai (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), L. Santi (25,c), C. Schlesier (27,z), A. Schreckenberger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. K. Semertzidis (5,15,aa), A. K. Soha (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Sorbara (11,bb), J. Stapleton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Still (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), C. Stoughton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stratakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stöckinger (Institut für Kern- und Teilchenphysik, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany), H. E. Swanson (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Sweetmore (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), D. A. Sweigart (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. J. Syphers (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), Y. Takeuchi (20,21,d), D. A. Tarazona (Cornell University, Ithaca, New York, USA), T. Teubner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), A. E. Tewsley-Booth (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), V. Tishchenko (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), N. H. Tran (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), W. Turner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), E. Valetov (16,cc), D. Vasilkova (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), G. Venanzoni (29,dd), T. Walton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Weisskopf (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), L. Welty-Rieger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), P. Winter (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Y. Wu (1,ee), B. Yu (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. Yucel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Zaid (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Y. Zeng (20,21,d), C. Zhang (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom)

公開日 2026-08-12

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CC BY 4.0

原著者： 2 Collaboration, D. P. Aguillard (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), T. Albahri (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Allspach (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. Annala (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Badgley (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Baeßler (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), L. Bailey (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Barlas-Yucel (27,a), T. Barrett (Cornell University, Ithaca, New York, USA), E. Barzi (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), F. Bedeschi (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), M. Berz (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), M. Bhattacharya (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), H. P. Binney (University of Washington, Seattle, Washington, USA), P. Bloom (North Central College, Naperville, Illinois, USA), J. Bono (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Bottalico (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), T. Bowcock (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), S. Braun (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Bressler (31,a), G. Cantatore (12,b), R. M. Carey (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), B. C. K. Casey (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Cauz (25,c), R. Chakraborty (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Chapelain (Cornell University, Ithaca, New York, USA), S. Chappa (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Charity (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Chen (20,21,d), M. Cheng (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), R. Chislett (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), Z. Chu (20,d), T. E. Chupp (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), C. Claessens (University of Washington, Seattle, Washington, USA), F. Confortini (9,e), M. E. Convery (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Corrodi (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), L. Cotrozzi (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), J. D. Crnkovic (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Dabagov (8,f), P. T. Debevec (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA), S. Di Falco (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), G. Di Sciascio (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), S. Donati (10,g), B. Drendel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Driutti (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), M. Eads (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), A. Edmonds (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, City University of New York at York College, Jamaica, New York, USA), J. Esquivel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Farooq (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), R. Fatemi (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), K. Ferraby (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), C. Ferrari (10,h), M. Fertl (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), A. T. Fienberg (University of Washington, Seattle, Washington, USA), A. Fioretti (10,h), D. Flay (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), S. B. Foster (2,28,i), H. Friedsam (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), N. S. Froemming (18,j), C. Gabbanini (10,h), I. Gaines (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ganguly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), J. George (31,k), L. K. Gibbons (Cornell University, Ithaca, New York, USA), A. Gioiosa (24,l), K. L. Giovanetti (Department of Physics and Astronomy, James Madison University, Harrisonburg, Virginia, USA), P. Girotti (10,m), W. Gohn (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), L. Goodenough (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), T. Gorringe (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Grange (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), S. Grant (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), F. Gray (19,n), S. Haciomeroglu (5,o), T. Halewood-Leagas (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), D. Hampai (INFN, Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy), F. Han (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), J. Hempstead (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. W. Hertzog (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Hesketh (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), E. Hess (10,p), A. Hibbert (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Z. Hodge (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Y. Hoh (20,21,q), K. W. Hong (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), R. Hong (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), T. Hu (20,21,d), Y. Hu (20,d), M. Iacovacci (9,e), M. Incagli (INFN, Sezione di Pisa, Pisa, Italy), S. Israel (Boston University, Boston, Massachusetts, USA, Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), P. Kammel (University of Washington, Seattle, Washington, USA), M. Kargiantoulakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Karuza (12,p), J. Kaspar (University of Washington, Seattle, Washington, USA), D. Kawall (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), L. Kelton (Department of Physics and Astronomy, Trinity University, San Antonio, Texas, USA, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), A. Keshavarzi (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), D. S. Kessler (Department of Physics, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), K. S. Khaw (20,21,d), Z. Khechadoorian (Cornell University, Ithaca, New York, USA), B. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Kiburg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA, North Central College, Naperville, Illinois, USA), O. Kim (33,n), N. Kinnaird (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), E. Kraegeloh (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), J. LaBounty (University of Washington, Seattle, Washington, USA), K. R. Labe (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Lancaster (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), S. Lee (Center for Axion and Precision Physics), B. Li (20,r), D. Li (20,s), L. Li (20,d), I. Logashenko (4,t), A. Lorente Campos (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), Z. Lu (20,d), A. Lucà (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), G. Lukicov (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), A. Lusiani (10,u), A. L. Lyon (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), B. MacCoy (University of Washington, Seattle, Washington, USA), R. Madrak (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), K. Makino (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), S. Mastroianni (INFN, Sezione di Napoli, Naples, Italy), R. McCarthy (2,v), J. P. Miller (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), S. Miozzi (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, Rome, Italy), B. Mitra (33,w), J. P. Morgan (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), W. M. Morse (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), J. Mott (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Nath (9,e), J. K. Ng (20,21,d), H. Nguyen (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. Oksuzian (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Z. Omarov (Center for Axion and Precision Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology), W. Osar (Cornell University, Ithaca, New York, USA), R. Osofsky (University of Washington, Seattle, Washington, USA), S. Park (Center for Axion and Precision Physics), G. Pauletta (25,c), J. Peck (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), G. M. Piacentino (24,l), R. N. Pilato (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), K. T. Pitts (27,x), B. Plaster (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA), N. Pohlman (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), C. C. Polly (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Počanić (University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), J. Price (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), B. Quinn (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. U. H. Qureshi (Institute of Physics and Cluster of Excellence PRISMA++, Johannes Gutenberg University Mainz, Mainz, Germany), G. Rakness (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), S. Ramachandran (1,k), E. Ramberg (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), R. Reimann (14,y), B. L. Roberts (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), D. L. Rubin (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. Sakurai (Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom), L. Santi (25,c), C. Schlesier (27,z), A. Schreckenberger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), Y. K. Semertzidis (5,15,aa), A. K. Soha (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), M. Sorbara (11,bb), J. Stapleton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Still (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), C. Stoughton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stratakis (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), D. Stöckinger (Institut für Kern- und Teilchenphysik, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany), H. E. Swanson (University of Washington, Seattle, Washington, USA), G. Sweetmore (Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), D. A. Sweigart (Cornell University, Ithaca, New York, USA), M. J. Syphers (Northern Illinois University, DeKalb, Illinois, USA), Y. Takeuchi (20,21,d), D. A. Tarazona (Cornell University, Ithaca, New York, USA), T. Teubner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), A. E. Tewsley-Booth (University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), V. Tishchenko (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, USA), N. H. Tran (Boston University, Boston, Massachusetts, USA), W. Turner (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), E. Valetov (16,cc), D. Vasilkova (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), G. Venanzoni (29,dd), T. Walton (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), A. Weisskopf (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), L. Welty-Rieger (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), P. Winter (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois, USA), Y. Wu (1,ee), B. Yu (University of Mississippi, University, Mississippi, USA), M. Yucel (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, USA), E. Zaid (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom), Y. Zeng (20,21,d), C. Zhang (University of Liverpool, Liverpool, United Kingdom)

原論文は CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 ✨ これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。免責事項の全文を読む

宇宙の探偵物語：極小の「傾き」を追って

宇宙を、あらゆる粒子が独自の律動を持つ、巨大で見えないダンスフロアだと想像してみてください。何十年もの間、物理学者たちは、なぜ宇宙がほとんど物質でできており、反物質がほとんど残っていないのかを解明しようと試みてきました。私たちが持つ最高の法則（標準模型）によれば、物質と反物質は等量で生成され、互いに打ち消し合って何も残さないはずでした。しかし、私たちはここに存在しています。つまり、何かが天秤を傾けたに違いありません。

犯人を突き止めるために、科学者たちは「対称性の破れ」を探しています。完璧に回転する独楽（こま）を思い浮かべてください。垂直に完璧に回転していれば、どの角度から見ても同じように見えます。しかし、もしそれがふらついたり傾いたりすれば、その対称性は破れます。亜原子粒子の世界には、粒子が「ふらつく」主な方法が2つあります。一つは磁気双極子モーメント（小さな棒磁石のようなもの）を持つことで、もう一つは電気双極子モーメント（EDM）を持つことです。磁気的なものは方位磁針の針のようなもので、その存在は分かっています。しかし、電気的なものは、機械の中に潜む幽霊のような存在です。もし粒子がEDMを持っているならば、それは正の電荷と負の電荷がわずかに分離していることを意味し、時間と空間の対称性を破る、微小な電気的な「傾き」を生み出します。この傾きを見つけることは、なぜ私たちが存在するのかを説明する、宇宙のレシピにおける「秘密の材料」を発見することに等しいのです。しかし、これまでのところ、この材料を見つけることは非常に困難であり、最も精密な実験の影に隠れ続けています。

見えない傾きの探索

この探索の最新章において、フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のMuon g-2コラボレーションは、電子の重い従兄弟である「ミューオン」に対して新たな検証を行いました。彼らは、ミューオンにこの捉えどころのない電気双極子モーメントが存在するかどうかを確認しようとしたのです。ミューオンを、巨大な磁気コーストラックの中で回転する、小さく超高速で動くジャイロスコープだと想像してください。ミューオンが猛スピードで駆け巡る際、そのスピンは通常、テーブルの上で歳差運動をする独楽のように、予測可能な水平方向の円を描いて揺れます。

チームのアイデアは単純かつ巧妙でした。もしミューオンが電気双極子モーメントを持っていれば、ラボ内の電界がその「電気的な電荷の分離」に作用し、スピン軸を平坦なトラックの外側へ、上下にわずかに傾けるはずだというものです。これは、テーブルの上で独楽を回しているときに、誰かが横からそっと空気を吹きかけ、独科が横に傾いてしまうようなものです。研究者たちは、この「傾き」を直接探したわけではありません。代わりに、ミューオンが陽電子（反電子）へと崩壊する様子を観察しました。ミューオンの崩壊の仕組みにより、陽電子はミューオンのスピンに対して特定の方向に放出されます。もしスピンが傾いていれば、陽電子は平均して、予想されるよりもわずかに異なる垂直角度で飛び出すことになります。

チームは2019年と2020年のデータを分析し、数十億回もの崩壊イベントを追跡しました。彼らは、陽電子を捕らえてその経路を驚異的な精度で測定するための、高機能な「目」として機能する中空のチューブのリングである、特殊な「ストロー・トラッカー」を使用しました。これらの陽電子の平均的な垂直角度を時間経過とともに測定することで、電気双極子モーメントの兆候と一致するリズム的な揺らぎがあるかどうかを確認できるのです。

結果：極めて平坦なスピン

数値を計算し、結果に偏りを与えていないかを保証するために厳格なプロセスを経て検証した結果、答えが出ました。ミューオンは傾いていませんでした。データは、陽電子の平均的な垂直角度がゼロの傾きと一致していることを示しました。測定されたミューオンの電気双極子モーメントの値は、 $d_\mu = (-0.35 \pm 0.19_{\text{stat}} \pm 0.34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ でした。

この数値はゼロに非常に近く、不確かさの範囲にゼロが含まれているため、チームはミューオンに永久的な電気双極子モーメントは見られなかったと結論付けました。代わりに、彼らはそれが最大でどの程度の大きさになり得るかについて、より厳格な制限値を設定しました。彼らは95%の信頼区間で、ミューオンの電気双極子モーメントは $1.10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$ よりも小さいと述べています。

これはブルックヘブン国立研究所による従来の最高値よりも大幅な改善であり、網の目を1.5倍に絞り込んだことになります。この結果は、物質と反物質の不均衡を説明する「秘密の材料」を明らかにするものではありませんが、より大きな傾きを予測していた幅広い理論を排除することになります。著者らは、この結果が系統的な不確かさ、具体的には、トラッキング検出器がいかに完璧に整列しているかに左右されていると指摘しています。彼らは、将来の走行によるさらなるデータによって、検出器をさらに精密に整列させ、この制限値をさらに低く押し下げ、あの微小で宇宙を定義づけるような揺らぎの探索を継続できると考えています。

技術要約：ミューオン電気双極子モーメントに対する改善された直接限界

問題と動機
観測されている宇宙の物質・反物質の非対称性は、標準模型（SM）内の既知の電荷・パリティ（CP）対称性の破れでは説明できない [1, 2]。電気双極子モーメント（EDM）は、パリティ（P）および時間反転（T）対称性を破る。CPT保存の仮定の下では、非ゼロのEDMはCP対称性の破れを意味する。未だに基本粒子や束縛状態（中性子など）においてEDMが観測された例はないが [3–5]、標準模型によるミューオンのEDM予測は極めて微小である ( $O(10^{-38})$ e·cm) [6]。電子のEDM測定や原子核内のミューオン・ループ相互作用から導かれる間接的な限界は、最小フラバー・ビオレーション（MFV）などの仮定（BSMT物理学では成立しない可能性がある）に依存している [7–10]。したがって、ミューオンのEDMの直接測定は極めて重要である。現在の実験限界付近でゼロと矛盾する結果が得られれば、それは標準模型を否定し、標準模型を超える（BSM）理論を制約することになる [13, 14]。

手法
本解析では、2019年から2020年にかけて収集されたフェルミ研究所のミューオン $g-2$ 実験（Run-2, Run-3a, Run-3b）のデータを利用している。この実験では、電場によるスピン歳差運動への寄与が消失する「マジック・モーメンタム」（3.094 GeV/c）を持つ1.45 Tの超強磁場ストレージリングに注入された、高度に偏極した正ミューオンのビームを用いている。

測定原理： 非ゼロのEDM ( $d_\mu$ ) が存在する場合、ミューオンのスピンに対してトルクが働き、スピン歳差運動の面が水平面から傾く。この傾き（ $\delta$ ）は、ミューオン崩壊に伴う陽電子の平均垂直崩壊角（ $\langle \theta_y \rangle$ ）に振動を誘起する。この振動は異常歳差運動周波数（ $\omega_a$ ）で発生するが、標準的なスピン歳差運動の振動とは位相が $\pi/2$ ずれている。
検出： 解析は、崩壊陽電子の軌跡を測定するための真空内ストロー・トラッカー・ステーション（S12およびS18）に依存している。データセットは、注入後26.2 $\mu$ sから602.4 $\mu$ sの特定の時間窓内で検出された $2.34 \times 10^9$ 個の陽電子で構成される。
解析戦略： 垂直崩壊角 $\langle \theta_y \rangle$ は、歳差運動の周期に対してモジュロでビン分割される。データは、異常歳差運動に対して同位相（ $C_a$ ）成分と逆位相（ $S_a$ ）成分を含む関数にフィットされる。振幅 $S_a$ はEDMに直接比例する。
補正と系統誤差：
- R因子： 測定された振幅は、ローレンツ・ブースト（ $R_\gamma$ ）、ビーム偏極（ $R_P$ ）、運動量依存の崩壊角広がり（ $R_{e^+}$ ）、および検出器の受容率（ $R_{acc}$ ）に対して補正される。
- ブランキング： 解析は、未知の振動信号を注入することでブランキング（ブラインディング）が行われた。初期の「ソフト・アンブランキング」チェックで不一致が判明し、内部レビューの結果、トラッカーの垂直方向のずれと縦磁場の不確実性が特定された。
- EDM様信号： 垂直方向のトラッカーのずれ（平均垂直位置を変化させる）および径方向磁場成分（静止系での傾きを誘起する）から生じる偽の信号に対して、補正が適用された。縦磁場の測定値も、不確実性を割り当てるために使用された。

主要な貢献と結果
本論文は、48の独立した測定（3つのラン、2つのステーション、8つの運動量ビンにわたる）の結合解析に基づく、ミューオンのEDMに関する新しい直接限界を提示している。

最終結果： 結合測定によるミューオンのEDMは以下の通りである：
$d_\mu = (-0.35 \pm 0.19_{\text{stat}} \pm 0.34_{\text{sys}}) \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm}$
この結果はゼロと矛盾しない。
限界値： フェルドマン・カウジンス法に基づき、本論文は以下の片側上限値を設定している：
$|d_\mu| < 1.10 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad (\text{95\% CL})$
$|d_\mu| < 0.98 \times 10^{-19} \text{ e}\cdot\text{cm} \quad (\text{90\% CL})$
不確実性の内訳： 結果は系統誤差に制限されている。最大の系統誤差源（3.12 $\times 10^{-20}$ e·cm）は、トラッカーの垂直方向の整列（アライメント）の補正に由来する。その他の重要な寄与には、トラック再構成のアライメントや、受容率へのビーム力学の結合が含まれる。統計的不確定量は $1.87 \times 10^{-20}$ e·cm である。
比較： 本結果の全不確定量は、ブルックヘブン国立研究所（BNL E821）の実験による従来の最良の直接限界（ $|d_\mu| < 1.8 \times 10^{-19}$ e·cm）よりも2.3倍小さい。

意義
本論文は、この結果が、95%信頼区間における限界を1.5倍改善する、ミューオンのEDMに関する新しい直接限界を設定したと主張している。著者らは、現在の結果が系統誤差、特に垂直方向のアライメントの決定によって制限されていると述べている。彼らは、この不確定性は統計的に制限されており、将来のラン（Run 4, 5, 6）から得られる全データセットを含めることで大幅に改善されることが期待されると述べている。これらの将来のランは、本解析で提示された統計量の2.5倍の統計量を提供する予定である。この測定は標準模型の予測と一致しており、BSM理論に対して厳格な制約を与えるものである。

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