| Project/Area Number |
23K20855
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| Project/Area Number (Other) |
21H01107 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
陣内 修 東京工業大学, 理学院, 教授 (50360566)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武貞 正樹 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30311434)
尾田 欣也 東京女子大学, 現代教養学部, 教授 (60442943)
櫻井 浩 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
石川 健三 北海道大学, 理学研究院, 名誉教授 (90159690)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
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| Keywords | フェルミ黄金律 / 陽電子消滅 / X線コンプトン散乱 / ラマン分光 / 散乱理論 / フェルミ黄金率 |
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| Outline of Research at the Start |
量子力学では「フェルミの黄金律」で表される遷移確率計算が理論・実験で用いられてきた。定数成分(Pd補正項)を黄金率に導入することで，光，電子，ニュートリノ，ハドロン等の諸測定に見られるアノマリーを自然に記述できる可能性がある。本研究ではPd補正項を素粒子・物性分野に跨がる3種類の実験を用いて検証する。１）陽電子消滅γ線の高エネルギー領域探索実験。２）陽電子消滅γ線の光電吸収ピーク幅精密測定とX線コンプトン散乱測定。３）ラマン分光実験高分解能測定。また散乱理論，現象論研究も同時に進める。期間中に補正項を実験・理論から多角的に検証し，性質を同定することによりアノマリーの解明へとつなげる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子力学の遷移確率計算で基礎となる「フェルミ黄金率」に対する補正項として，量子波束の性質に基づく遷移定数成分 (Pd補正項)を提案しその存在を検証する実験・理論研究を行っている。3つの量子電磁力学過程を用いた実験および理論研究を行っている (1) 陽電子消滅実験では，前年度の中期間測定により装置の詳細な不具合を洗い出し，長期間測定を行った。補正項の信号が期待される信号領域をデータ上でマスクし，長期間測定の解析を行た。実データをもとに信号領域に生じる背景事象数の推定を行った。(2) X線コンプトン散乱実験では，複数方位のAl単結晶のコンプトン散乱X線エネルギースペクトルの測定結果に関して、高運動量成分はAl単結晶の結晶方位に依存しない現象であることがわかった。フェルミ黄金律補正項の寄与の可能性があるため、理論計算による検討を開始した。 (3) 光のラマン散乱実験においては，サイズの異なる３種類のガラス微粒子を測定試料として用い高分解能タンデム式ファブリ-ペロー干渉分光計で広帯域レイリー散乱スペクトルを測定した。フェルミ黄金律補正項で理論予想される冪乗則に従ったレイリーウイングが測定された。(4) 理論研究では，量子力学の基本的物理量である状態遷移の確率を規格化波動関数（波束）で計算し，従来の平面波による計算では不定であった定数項まで含めて求めた。この遷移確率は，従来の確率にはない性質をもち，従来の範囲を超えた領域と分野に適用でき，従来の確率で説明・理解が困難であったミクロからマクロまでの現象の理解を可能にする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
3つの量子電磁力学過程を用いた実験および理論研究の進捗を述べる。(1) 陽電子消滅実験に関しては，前年度の中期間測定に引き続き長期間測定を行った。データ解析を行い，信号領域に生じる背景事象数の推定を行っている。順調に進んでいる。(2) X線コンプトン散乱実験では，複数方位のAl単結晶のコンプトン散乱X線エネルギースペクトルを解析した。異なる方位のエネルギースペクトルの差はバンド計算と一致し、測定の正しさが確認された。高運動量成分の高い計測数は結晶方位に依存しない現象であることがわかった。概ね計画通りである。(3) 光のラマン散乱実験においては，前年度実験的に明らかにした補正項成分の評価基準に従い本年度測定で得られたレイリー散乱スペクトルについて詳細にスペクトル解析を行った結果、フェルミの黄金律で説明されない冪乗則成分を得ることに成功し、順調に進んでいる。(4) 理論計算では，共鳴状態を中間状態に持つ２体散乱の振幅を、波束に基づいて解明した。その結果共鳴状態の波束の振幅には黄金律項と補正項がともに必要であることが示された。またQEDプロセスや強い相互作用粒子の遷移で，補正項が黄金律項にはない特徴や大きさを持つことが示され，補正項が自然現象において重要な役割を演ずることが確認・検証された。これらの論文は現在準備中であり，予定通り進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
3つの量子電磁力学過程を用いた実験および理論研究の今後の推進方策を述べる。(1) 陽電子消滅実験では，長期間測定のデータ品質の確認をし，必要であれば長期間測定を継続する。データ解析を行い，補正項寄与の検証を行う。(2) X線コンプトン散乱実験では，フェルミ黄金律補正項の寄与を考慮した理論計算と比較検討する。(3) 光のラマン散乱実験においては，これまでレイリー散乱スペクトルとハイパーレイリー散乱スペクトルを高分解能広帯域レーザー分光装置を用いて観測した。本年度は最終年度としてさらに偏向特性と散乱波数ベクトル依存性を調べ、これまでに様々な条件下で得た実験結果について総合的に基礎理論的な考察を進めて多角的にフェルミ黄金律補正項を検証する。 (4) 理論計算では，量子力学に基礎を置く遷移現象を，平面波による近似的な記述に代わり規格化状態（波束）によって厳密に定式化する。この結果を物理だけでなく幅広い自然科学分野におけるミクロからマクロまでの現象に適用する。これにより太陽コロナ加熱，異常レーリー散乱，他の未解明な問題を解決する。
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