2017 Fiscal Year Research-status Report
量子化学および分子動力学的手法による星間分子反応素過程の理論的研究
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16K05307
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
田代 基慶 東洋大学, 理工学部, 准教授 (10447914)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 理論化学 / 計算化学 / 原子物理 / 星間分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天文・宇宙物理分野で分子や物質の反応が重要な役割を果たす広範な現象に対し、理論化学的手法を適用して問題解明へ貢献することが本研究の目的である。具体的な研究対象は２つあり、１つ目は気相・星間塵表面での複雑な分子生成に関わる化学反応素過程の理論化学的取り扱いである。本計画では特に、複雑な星間有機分子生成に関連する気相・星間塵表面それぞれの反応素過程の詳細を明らかにする。本研究のもう一つの対象は、原子・分子超精密分光を用いた非加速器素粒子物理実験への理論化学的立場からの実験提案・結果の予測・サポートである。これら素粒子関連の研究は、生物のアミノ酸がL体のみから出来ている非対称性、我々の宇宙の物質・反物質の非対称性などを解明する上で重要な役割を果たすと考えられており、原子分子分光実験の計画・解析には理論化学的手法が不可欠である。
今年度は主に2つ目の研究対象、非加速器素粒子物理実験と関連した課題に取り組んだ。素粒子の１つであるニュートリノには未だ決されていない基礎的なパラメータが存在している。最近、原子・分子を用いる精密分光実験を用いて、これらのパラメータを決定できる可能性が議論されている（Prog. Theor. Exp. Phys. 04D002 (2012)など）。これらの実験では光子が1つとニュートリノ対が原子・分子の励起状態から放出されるRENP(radiative emission of neutrino pair)過程を利用するが、その対象としてどのような原子・分子が良いかをあらかじめ理論計算によって絞り込むことが望まれている。本年度はこれまでXe原子やI2分子等で想定されていた放射過程(遷移要素にスピン演算子を含む)とは異なる過程（遷移要素やgamma5演算子を含む)に着目し、Au原子等を対象としてGRASP2Kを用いた相対論的電子状態計算を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
申請時と研究開始時の所属が変化したため、研究環境や割り当てることのできるエフォートに大きな変化があった。特に、エフォートに関しては申請時に想定していた量の1/4程度に留まるのではないかと考えている。当初の想定よりもやや遅れているが、研究課題は着実に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の計画については以下の通りである。まず、申請者がこれまで開発してきた第一原理R行列法の手法を発展させて電子・分子衝突過程の計算で振動・解離といった核運動の効果を取り扱えるよう改良し、プログラム実装を行う。その後は、電子・分子衝突を取り扱うことのできる理論・プログラム開発を行うと同時に星間分子反応への応用を進める予定である。理論開発面では、電子・分子衝突過程において空間的に広がった分子軌道を取り扱うための基底関数の検討を行う。これまでの取り扱いでは標的分子・衝突電子双方ともにガウス型関数の線形結合を用いて軌道を表現していたが、この方法では標的分子が大きい場合や価電子軌道がdiffuseで広がっている場合に数値的な不安定性が発生し易い。また、R行列法で用いるInner Regionを大きく取ることが困難であるという点も問題である。これらの問題を回避するため、本計画では衝突電子を表現する軌道関数をガウス関数以外の関数で表現することを検討する。具体的には、スレーター型関数・スプライン関数などを導入してガウス型関数を用いた場合との計算時間の違い、適用範囲の違いなどを探索する予定である。
弱い相互作用・電磁相互作用に由来する光子・ニュートリノ対放射過程に関する研究項目については、今年度に引き続き原子を対象とした計算を進める。現在使用中の相対論的電子状態計算プログラムは原子に特化しているために精度を上げることが可能であるものの、ニュートリノ対の放射に関わる遷移要素の計算はそのままでは困難である。引き続き海外の研究者と協力し、スピンやgamma5など必要な演算子による遷移要素計算機能の組み込みを進める予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度は想定に比べて旅費が発生しなかったために、計画よりも使用総額が少なかった。これらの助成金は次年度以降での物品費、旅費、論文投稿料等に使用する計画である。
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