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フランシウム電気双極子能率の相対論的多体理論計算による標準模型を超える物理の研究

Research Project

Project/Area Number 10F00023
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

酒見 泰寛  東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) HULIYARSUBBAIAH Nataraj  東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords電気双極子能率 / フランシウム / 相対論的結合クラスター模型 / 時間反転対称性 / CP非保存 / 超対称性 / 相対論的結合クラスター理論
Research Abstract

基本粒子における永久電気電気双極子能率(EDM)の存在は、時間反転対称性の破れを意味しており、CPT不変性を考慮するとこれは即ちCP非保存を意味する。標準模型を超える様々な理論的枠組みでは有限のEDMを予測しており、EDMは反物質消失の起源に迫るために重要な観測量である。特にある特定の原子系では相対論的効果により基本粒子である電子のEDMが極めて大きく増幅され、微弱なEDMからの信号を高感度で探索するのによい方法である。同時にその増幅度をいかに精度よく理論的に評価するかが、電子EDMを測定する際の鍵となる。
Huliyar氏が研究を進めている相対論的結合クラスター手法は、様々な階層での量子多体系の物理量を計算するのに強力な方法である。特に不対電子を1個最外殻にもつアルカリ原子の高精度計算コードの開発を精力的に進めており、これまで軽いアルカリ原子から段階的に計算を進め、原子の励起エネルギー等、既存の実験値を再現することを確認しながらセシウムに至る重いアルカリ原子まで系統的にEDM計算を行った。そして、阪大、インド等のスパコン、クラスター計算機を活用して、高精度な計算結果を得つつある。
この理論計算手法は、これまでの基礎研究により、原子の励起状態における電子EDMの増幅度計算、ならびに、極性分子における電子EDMの評価に重要な内部有効電場の計算に極めて威力を発揮することがわかってきた。そこで、次世代のEDM探索実験を見据えて、Xeの準安定状態における電子EDMの増幅度、そして、Fr-Sr分子における内部有効電場の計算も並行して進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は、原子核反応で原子量最大のアルカリ原子・放射性元素・フランシウムを生成し、そのEDMを探索して、物質優勢宇宙の創成機構を探る事にある。原子EDMから、その電子EDMを抽出するためには、高精度原子EDM測定実験と高精度電子EDM増幅度の理論計算が両輪となって進む必要がある。理論計算は、原子構造計算の第一原理計算を用いて、その理論モデルを本研究で確立し、スパコンでの大規模計算が進行中である。計算のリソースの限度により、計算結果を得るには、もうしばらくかかるが、途中経過を確認しながら、順調に計算は進んでいる。実験の方は、大震災の影響で、加速器の復旧に時間がかかったが、昨年10月より運転再開し、測定着手に向けて準備を進めている。

Strategy for Future Research Activity

本研究で確立した相対論的結合クラスター理論による第一原理計算により、EDMとともに、電子と核子(クォーク)間に働くCPを破る相互作用の寄与を評価していく予定である。さらに、他の種類の原子、特に、準安定状態で増幅度の高い原子がないか、他の候補を探索していく。また、この手法をさらに拡張して、極性分子における内部電場を高精度で評価していく。極性分子は、内部電場が極めて強いため、電子EDMの増幅度が、アルカリ原子よりさらに大きくなることが期待されている。しかしながら、その内部電場の評価の不定性が大きいため、その測定精度の誤差が現状では極めて大きい。そこで、この内部電場の評価を格段に高め、どの組み合わせの分子がEDM測定の有力候補となるか、理論的な評価を進めつつ、実験の可能性を探っていく。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (4 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Search for permanent EDM using laser cooled Fr atoms2012

    • Author(s)
      Hirokazu Kawamura
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 214 Issue: 1-3 Pages: 133-139

    • DOI

      10.1007/s10751-013-0788-7

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A 461 nm Laser System and Hollow-Cathode Lamp Spectroscopy for Magneto-Optical Trapping of Sr Atoms2012

    • Author(s)
      Takatoshi Aoki
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 81 Issue: 3 Pages: 34-401

    • DOI

      10.1143/jpsj.81.034401

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 電子の電気双極子能率の上限値をついに更新:解説2012

    • Author(s)
      酒見泰寛
    • Journal Title

      パリティ(丸善株式会社)

      Volume: 27 Pages: 19-23

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Reappraisal of the Electric Dipole Moment Enhancement Factor for Thalium2011

    • Author(s)
      H.S.Nataraj, et al
    • Journal Title

      Phys.Rev.Lett.

      Volume: 106 Issue: 20

    • DOI

      10.1103/physrevlett.106.200403

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Relativistic general-order coupled cluster method for high-precision calculations : Application to the Al+ atomic clock2011

    • Author(s)
      Mihaly Kallay, et al
    • Journal Title

      Phys.Rev.A

      Volume: 83 Issue: 3

    • DOI

      10.1103/physreva.83.030503

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Search for a permanent EDM using laser cooled radioactive atom2011

    • Author(s)
      Y.Sakemi, et al
    • Journal Title

      J.Phys.Conf.Ser.

      Volume: 302 Pages: 12051-12056

    • DOI

      10.1088/1742-6596/302/1/012051

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Current status of Fr EDM enhancement factor calculations2012

    • Author(s)
      H. S. Nataraj
    • Organizer
      International workshop on Fundamental Physics using Atoms : FPUA2012
    • Place of Presentation
      東北大学(招待講演)
    • Year and Date
      2012-09-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] A Review on Many-Body Calculations of EDMs of Paramagnetic Atoms and Molecules2012

    • Author(s)
      H.S.Nataraj
    • Organizer
      Mini-Workshop on Theretical Reviews of EDMs
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2012-01-11
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of the General-Order Relativistic Coupled-cluster Codes for the Calculations of the P- and PT-violating Interactions2011

    • Author(s)
      H.S.Nataraj
    • Organizer
      国際会議FPUA2011
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2011-10-09
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] レプトン双極子モーメントの測定2011

    • Author(s)
      酒見泰寛
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会、シンポジウム「LHC時代のPreciesion Physics」
    • Place of Presentation
      弘前大学
    • Year and Date
      2011-09-18
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://cycgw1.cyric.tohoku.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://cycgwl.cyric.tohoku.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://cycgwl.cyric.tohoku.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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