2019 Fiscal Year Annual Research Report
New developments of fundamental and applied researches on positronium neutral atoms and positronium negative ions
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17H01074
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
長嶋 泰之 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (60198322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
満汐 孝治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10710840)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ポジトロニウム負イオン / ポジトロニウム / 運動誘起共鳴 / 光脱離閾値 / 束縛エネルギー / 量子干渉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度には、ポジトロニウム負イオンを生成・加速し光脱離させることによって得られる高品質エネルギー可変ポジトロニウムビーム装置を用いて、次の研究を進めた。
(1)ポジトロニウムの運動誘起共鳴の観測：2018年度から引き続いて、磁気格子をポジトロニウムビーム装置の試料チェンバー内に設置し、ポジトロニウムの運動誘起共鳴の観測を行った。2018年度にすでに運動誘起共鳴が起こっていることを示すデータが得られていたが、2019年度にはより質の高いデータが得られた。測定を終了し論文の執筆およびPhysical Review Letters誌への投稿を行った。その結果、同誌への掲載が決まった。
(2)ポジトロニウム負イオン光脱離閾値近傍における光脱離断面積測定：ポジトロニウム負イオン光脱離閾値付近における光脱離断面積の測定を行い、光子エネルギー依存性を調べた。断面積の立ち上がりの様子からポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーを4桁の精度で求めることに成功した。得られた測定値は、ポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーとして世界初のデータである。高精度の理論計算値と比較したところ、測定の不確かさの範囲内で一致していることが分かった。測定を終了し論文の執筆を行った。
(3)ポジトロニウム波動関数干渉効果の測定の検討：ポジトロニウムの波動関数の干渉効果を観測する実験を行った。エネルギー可変ポジトロニウムビームをグラフェンに入射し、干渉によるスポットを観測することを目的として実験を行った。干渉効果にはグラフェンの品質が大きく影響するため、電子ビームを用いてグラフェンの評価を行いながら実験を進めた。
(4)固体表面におけるポジトロニウム回折の実験： LiFやMgO表面でのポジトロニウム回折実験を行うための予備実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究代表者らは、陽電子1個と電子2個の束縛状態であるポジトロニウム負イオンの高効率生成に成功し、従来の方法では不可能であった高品質エネルギー可変ポジトロニウムビームの生成を実現した。本研究課題は、このビームを用いて次のようなテーマを行うことを目的としている。(1)固体表面におけるポジトロニウム回折実験、(2)グラフェン薄膜を用いたポジトロニウム波動関数の量子干渉実験、(3)ポジトロニウムビームを用いた固体の深さ方向の物性研究、(4)ポジトロニウムの運動誘起共鳴
2019年度には、まず(4)を示す高品質データが得られた。この実験はこれで終了とし、論文を執筆した。Physical Review Letters誌に投稿し、同誌への掲載が確定した。(1)(2)については現在進行中で、2020年度中には結果が得られる見込みである。(3)は2020年度の成功を目指している。
これらのテーマ以外に、当初予定していなかったが、本研究課題を進めるうちに着想を得た、ポジトロニウム負イオン光脱離閾値近傍における光脱離断面積の測定を行った。ポジトロニウム負イオン光脱離閾値付近における光脱離断面積の光子エネルギー依存性を調べた。その結果、光脱離断面積の立ち上がりの様子からポジトロニウム負イオン束縛エネルギーを4桁の精度で求めることに成功した。得られた結果を高精度の理論計算値と比較し、実験の不確かさの範囲内で一致していることがわかった。この測定値は、ポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーとして世界初のデータであり、この分野の研究としては大変重要なものである。
以上のように、2019年度は予定された研究が順調に進み、なおかつポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーの初めての測定を高精度で成功するという大きな成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高品質エネルギー可変ポジトロニウムビーム装置を用いて研究を進める。当初予定していたテーマを推進するとともに、本研究を進めるうちに発想を得た研究を加えながら、ポジトロニウムビームの特性を生かした研究を推進していく。具体的には下記のとおりである。(1) ポジトロニウム負イオン光脱離閾値近傍における光脱離断面積の測定：2019年度に測定が終了している。この結果を論文にまとめて投稿する。ポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーの初めての測定でありしかも精度が良い結果であるため、実験・理論の両面からこの分野に大きな影響を与えると考えられる。(2)ポジトロニウム波動関数干渉効果の測定：2019年度には、エネルギー可変ポジトロニウムビームをグラフェンに入射し、下流側に置かれた2次元検出器に回折スポットを観測する実験準備を行ってきた。これを進めてポジトロニウム波動関数の量子干渉効果を世界に先駆けて観測する。(3)固体表面におけるポジトロニウム回折の実験：2019年度までにLiFやMgO表面でのポジトロニウム回折実験の準備を行ってきた。実際に回折スポットの観測実験を行い、明確なデータを取得することを目指す。(4)ポジトロニウム負イオンFeshbach共鳴観測の検討：理論的に存在が予測されているポジトロニウム負イオンのFeshbach共鳴の観測に向けて、具体的な実験の検討を行う。
以上の実験を行うための装置の多くはすでに準備されている。研究を推進し、インパクトの高い論文の執筆を目指す。
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