J-PARC E34 muon g-2/EDM実験; 低エミッタンスミューオンビーム実現に向けた高時間分解能縦方向ビームプロファイルモニターの開発

Development of the longitudinal beam profile monitor with high time resolution for realization of low-emittance muon beam in the J-PARC E34 muon g-2/EDM experiment

四塚 麻衣*; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 居波 賢二*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 北村 遼   ; 近藤 恭弘   ; 齊藤 直人; 下村 浩一郎*; 須江 祐貴*; 中沢 雄河*; 長谷川 和男; 二ツ川 健太*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 森下 卓俊  ; 安田 浩昌*; 山崎 高幸*

Yotsuzuka, Mai*; Iijima, Toru*; Iinuma, Hiromi*; Inami, Kenji*; Otani, Masashi*; Kawamura, Naritoshi*; Kitamura, Ryo; Kondo, Yasuhiro; Saito, Naohito; Shimomura, Koichiro*; Sue, Yuki*; Nakazawa, Yuga*; Hasegawa, Kazuo; Futatsukawa, Kenta*; Mibe, Tsutomu*; Miyake, Yasuhiro*; Morishita, Takatoshi; Yasuda, Hiromasa*; Yamazaki, Takayuki*

ミューオンの異常磁気能率(g-2)は新物理の兆候が期待されている物理量であり、実験値と標準理論の予測値の間には現在3以上の乖離が確認されている。J-PARC E34実験では独自の手法による精密測定を目指しており、主要な系統誤差を削減するために低エミッタンスビームを使用する。これは、熱エネルギーまで冷却したミューオンを、速度に応じた複数段階の線形加速器を用い212MeVまで再加速することによって生成する。実験の要求から加速中のエミッタンス成長を抑える必要があるため設計値実現には異なる加速器間でのビームマッチングが重要であり、実際のビームプロファイル測定に基づいて行われる必要がある。時間方向の測定に使用するモニターには、加速位相の1%である3040psに相当する精度が要求されている。また、イオン源開発初期のビーム強度が低い段階でも使用可能でなければならないため、ミューオン1つに対して感度を持つ必要がある。この2つの要求を満たすため、高い感度を持つマイクロチャンネルプレートと、波高依存性の削減により高時間分解能の達成が可能であるCFD回路を用いたモニターの開発を行った。また、性能評価のためにテストベンチの構築を行い、ピコ秒パルスレーザーをMCP表面に照射した際に起こる光電効果によって生成した光電子を用い、時間分解能65psの評価値を得た。本発表では、テストベンチによるモニターの性能評価結果を報告する。

The J-PARC E34 experiment aims to measure the muon anomalous magnetic moment and the electric dipole moment with a high precision. In this experiment, thermal muonium is produced and ionized by laser resonance to generate ultra-slow muons, which are then accelerated in a multistage muon linac. In order to satisfy the experimental requirements, suppression of the emittance growth during the acceleration is necessary. Because the main cause of the emittance growth is beam mismatching between the accelerating stages, the transverse and longitudinal beam monitoring is important. The longitudinal beam monitor has to measure the bunch length with the resolution equivalent to tens of picoseconds, which is 1% of the acceleration phase of 324 MHz. In addition, it should be sensitive to single muon because the beam intensity is limited during the commissioning phase. To realize above requirements, we are developing a longitudinal beam monitor with a micro channel plate, and the test bench to evaluate the monitor performance. So far, the time resolution of the beam monitor was obtained to be 65 ps in RMS including the jitter on the test bench. We also succeeded in measuring the longitudinal bunch size of the muon beam accelerated by RFQ using the beam monitor. In this paper, the results of the performance evaluation for this beam monitor are reported.