2017 Fiscal Year Annual Research Report
真空内四光波混合によるsub-eV暗黒場の高感度探索
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17H02897
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
本間 謙輔 広島大学, 理学研究科, 助教 (40304399)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阪部 周二 京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 相互作用真空容器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒エネルギー(DE)、暗黒物質(DM)は現代物理学の最大級の謎である。特にDMの起源は弱結合する素粒子群である可能性が示唆されている。南部・ゴールドストーンらは自発的対称性の破れ(SSB)に伴う零質量のボゾ(NGB)の存在を予見した。ヒッグス機構は、SSBを拡張した模型であり、同機構が検証されつつある現在、SSBの主導原理を多様な対称性に適用することは正統な潮流である。故に重いDMの探索と、その対極にある質量が零に近いNGBの一般的探索は、探索の両輪となる資格がある。本研究の最終目的は、２色の極短パルスレーザー光を真空中で集光し、真空起因の四光波混合過程の観測により、軽い暗黒物質となり得るsub-eV質量域の中性共鳴場を、これまで公表した探索結果と比べて高感度な条件で探索することにある。29年度は以下の研究を実施した。探索装置に関しては、第一に、探索用真空容器内の真空度を桁違いに上げるための相互作用真空容器の設計と製作を完了した。第２に、高強度生成用レーザー光を分岐して増幅用光源として利用し、非線形結晶を用いた誘導用レーザー光の増幅(OPA)を大気下において試験し、非線形結晶の評価及び選定が完了した。加えて、本研究のアプローチに基づく将来的な拡張として、より高質量域の暗黒物質探索へ向けた非対称エネルギー光子光子衝突系を着想し、探索感度を定量化した。この感度見積は査読付き論文として出版された。上記に関連する研究内容に関して、国際共同研究者らと共に国際会議(Light driven Nuclear-Particle physics and Cosmology 2017, LNPC’17)を共同主催し研究成果を報告した。
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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
当初の研究計画では、29年度中に粗排気用真空ポンプのみを購入しておき、校正のための多くの自由度が担保できる相互作用真空容器の設計のみに重点的に時間を割く計画であった。しかし、超高真空を達成する真空容器が備えるべき物理的制約及び予算的制約のため、校正に関する自由度を可能な限り削ぎ落とすこととなった。具体的にはステージ群からの排ガスの観点から、校正用の電動ステージ群の導入を放棄する決断をした。この決断に伴い電動ステージを超高真空対応の手動ステージ群に切り替えるため、つまり、手動操作用の真空容器ポート位置を事前に固定しなければならいため、大気下で探索に使用する光学素子群を用いて全ての校正手順を仔細に検証し、真空容器外からこれら全ての手動操作を可能とする真空ポート構造とそれに付随する手動ステージ群の詳細設計を進めた。その結果、真空容器全体の設計が当初予定よりも早期に完成した。この成果を踏まえ前倒し使用を申請して、超高真空度を達成できる相互作用真空容器の設計と製作が年度内に一挙に完了し、目標値を上回る到達真空度を達成できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、探索における背景事象の定量化を実施しつつ、比較的低強度のレーザーを用いて予備的探索を実施する。平成31年度は、最高レーザー出力の環境下で本格的な探索を実施する。平成32年度は、論文執筆及び学会発表を行う。
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