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Structure analysis of subsystems in two-electron positronium compounds

Publicly Offered Research

Project AreaClustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
Project/Area Number 21H00115
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

山下 琢磨  東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (40844965)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords陽電子 / ポジトロニウム / 分子構造 / 共鳴状態 / 同種粒子 / エキゾチックアトム / 少数多体系 / 原子分子理論 / 階層 / 原子・分子 / クラスター階層 / ポジトロニウム化合物 / 少数多体計算
Outline of Research at the Start

一つの原子核と電子で構成される系を原子と呼ぶが、電子と陽電子が結合したポジトロニウム(Ps)は原子に“準ずる”系であり、原子と結合して化合物(ポジトロニウム化合物)を作る。この系では、Psが部分系として現れて分子の性質を示すこともあれば、陽電子が存在しない時の電子相関が維持されて原子の性質を示すこともある。すなわちポジトロニウム化合物は分子と原子の階層にまたがる新しい階層に属する。本研究では、二電子系ポジトロニウム化合物に着目し、四粒子系波動関数を三次元構造解析することでPs部分系を可視化する。部分系の構造や歪みの情報に基づいて、Ps化合物の新しい描像を原子と分子の両面から解明する。

Outline of Annual Research Achievements

一つの原子核と電子で構成される系を原子と呼ぶが、電子と陽電子が結合したポジトロニウム(Ps)は原子に“準ずる”系であり、原子と結合して化合物(ポジトロニウム化合物)を作る。この系では、Psが部分系として現れて分子の性質を示すこともあれば、陽電子が存在しない時の電子相関が維持されて原子の性質を示すこともある。すなわちポジトロニウム化合物は分子と原子の階層にまたがる新しい階層に属する。本研究では、二電子系ポジトロニウム化合物に着目し、四粒子系波動関数を三次元構造解析することでPs部分系を可視化する。部分系の構造や歪みの情報に基づいて、Ps化合物の新しい描像を原子と分子の両面から解明することを目的とした。
最も単純なPs化合物の一つである水素化ポジトロニウムについて、二つの粒子間ベクトルの角度と大きさの相関から、電子と陽電子が連れ立って運動している様子が三次元的に明らかになり、Ps部分系の存在が明瞭に示された。さらに、二つの粒子間ベクトルのペアを切り替えて包括的に構造を考察することで、Psの分子内分極の様子を可視化できた。
本研究では、これまで研究例の少ない水素化ポジトロニウムの「第二束縛状態」へ研究を展開した。この状態は、水素原子とポジトロニウムの励起状態同士が結合した系であり、束縛エネルギーの観点から、基底状態に比べて励起Ps部分系の発現がより明確であることが期待されていた。本研究では、この状態の光学遷移による自然解離過程を計算し、この描像を裏付ける結果を得た。加えて、これまで知られていなかった、「系全体がわずかに構造変化を起こす際の放出光スペクトル」を明らかにした。この研究をもとに、ポジトロニウムだけでなく、クーロン多体系の光解離断面積の振る舞いが部分系の構造と結合の程度と相関することを明らかにした。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ウプサラ大学/ストックホルム大学(スウェーデン)

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      Yamashita Takuma、Hiyama Emiko、Piszczatowski Konrad、Jonsell Svante、Froelich Piotr
    • Journal Title

      JJAP Conference Proceedings

      Volume: 9 Issue: 0 Pages: 011002-011002

    • DOI

      10.56646/jjapcp.9.0_011002

    • ISSN
      2758-2450
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      Yamashita Takuma、Kino Yasushi、Okutsu Kenichi、Okada Shinji、Sato Motoyasu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6393-6393

    • DOI

      10.1038/s41598-022-09487-0

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    • Author(s)
      Yamashita Takuma、Niiyama Motoaki、Yasuda Kazuhiro、Kino Yasushi
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 2207 Issue: 1 Pages: 012035-012035

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2207/1/012035

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      Yamashita Takuma、Kino Yasushi、Hiyama Emiko、Jonsell Svante、Froelich Piotr
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 105 Issue: 5 Pages: 052812-052812

    • DOI

      10.1103/physreva.105.052812

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      Yamashita Takuma、Hiyama Emiko、Yoshida Daisuke、Tachikawa Masanori
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 105 Issue: 1 Pages: 012814-012814

    • DOI

      10.1103/physreva.105.012814

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      第59回アイソトープ・放射線研究発表会
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      日本物理学会2022年秋季大会
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  • [Presentation] 少数多体精密計算による陽電子化合物の構造分析2022

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      山下琢磨
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      山下琢磨
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      Takuma Yamashita, Yasushi Kino
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      原子衝突学会第46回年会
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    • Author(s)
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      原子衝突学会第46回年会
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      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

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