ニュートリノ質量分光に向けた多光子微弱遷移のレート増幅の研究

Publicly Offered Research

Project Area	Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
Project/Area Number	19H05107
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	平木貴宏岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任助教 (40791223)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000) Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords	ニュートリノ / 原子・分子 / レーザー / 原子・分子物理 / レーザー分光 / キセノン
Outline of Research at the Start	本研究の最終目標は、ニュートリノに関する未知のパラメータを、原子・分子の脱励起過程を用い包括的に決定することである。具体的には、ニュートリノ対と光子を放出する過程の光子エネルギースペクトルを測定する。非常に稀な過程であるRENP を観測するためには脱励起レートの増幅が必須となるが、本研究ではレーザーによる原子・分子にコヒーレンス（重ね合わせ状態）生成を用いてその観測を目指す。しかし、現状レート増幅原理の実験的詳細は不十分で、RENP過程に応用するためには原理の実験的検証を様々な形で行うことが重要である。本研究期間ではキセノンガスを用いた二光子・三光子過程のレート増幅実験を行う。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の最終目標は、ニュートリノに関する未知のパラメータを、原子・分子の脱励起過程を用い包括的に決定することである。具体的には、ニュートリノ対と光子を放出する過程（RENP）の光子エネルギースペクトルを詳細に調べることにより、ニュートリノ質量の絶対値の測定やニュートリノの素粒子的性質の決定（Dirac 粒子かMajorana 粒子か）を目指す。非常に稀な過程であるRENP を観測するためには脱励起レートの増幅が必須となるが、本研究ではレーザーにより原子・分子にコヒーレンス（基底状態・励起状態の重ね合わせ状態）を生成し、放出レートを増幅することでその観測を目指す。レート増幅原理の実験的詳細はよく分かっていないため、RENP過程に応用するためには原理の実験的検証を様々な形で行うことが重要である。本研究ではキセノンガスを用いた二光子・三光子過程のレート増幅実験を試みた。具体的にはキセノン気体の基底状態(5p)から励起状態(6s)にE1×M1(E2)二光子過程による波長298nmの同色二光子パルスレーザーで励起してコヒーレンスを生成する。コヒーレンスの大きさは励起状態に励起された原子数を波長895nmのレーザーで別の準位に励起し、その準位からの脱励起光を測定することで評価した。本研究ではコヒーレンスの生成に成功したが、生成されたコヒーレンスの大きさはMaxwell-Bloch方程式を用いた数値シミュレーションにより推定されるコヒーレンスより数10倍小さいため、脱励起光の観測が難しいことが分かった。今後は高いコヒーレンスの生成が期待できる固体結晶標的を用いてレート増幅原理の実証研究を進める予定である。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。