2022 Fiscal Year Research-status Report
Fundamental aspects of new physics search in precision spectroscopy
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18K03621
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 実 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (70273729)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 和彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10335193)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 同位体シフト / キングの線形性 / 一般化線形性 / 暗黒物質探索 / ガンマ線光渦 / 人工原子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
湯川ポテンシャルによる力の到達距離は粒子の質量に反比例し、これが原子の典型的な大きさ(ボーア半径)程度になるのは、質量が数keVのときである。この様な力は原子のスペクトルに影響を及ぼすことが期待される。
本研究では、素粒子の標準模型を越える新物理として、中性子と電子に結合するスカラーまたはベクトル型の新粒子を想定し、中性子・電子間の湯川ポテンシャルによる原子・イオンのスペクトルの同位体シフト(isotope shift，IS)への影響を考え、ISの精密測定による新物理探索を行った。
中心となるアイデアは、2種類の遷移のISの間の「キングの線形性」とその破れである。原子核の有限サイズ効果によるIS(field shift，FS)が、質量数に依存する因子と遷移に依存する因子の積で書ける場合に、線形性が成り立つ。新粒子によるISが加わると、これが成立しなくなり線形性が破れる。2種類の遷移について3つ以上の同位体ペアでISを測定して、線形性の破れを検出することで、新物理の情報を得ることができる。これを拡張した3種類以上の遷移を用いて標準模型の高次効果による非線形性を消去し新物理への感度を高める一般化線形性を、代表者らが提案している。
前年度までの一般化線形性の研究をさらに発展させ、イッテルビウム(Yb)イオンにおける3つの遷移と中性Yb原子の2つの遷移を組み合わせ、最新のIS実験データを用いて一般化線形性解析を行った。
関連する研究として、セシウム原子を用いたkeV領域暗黒物質探索実験、超相対論領域に加速されたヘリウム様重イオンの電子状態を可視光レーザーで操作することによるガンマ線光渦生成方法、人工原子である量子ドットを用いた指数崩壊則からのずれの検証原理についての研究も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに発表されているイッテルビウムの中性原子とイオンの5つの遷移の系統的なISの測定データを総合して、新物理探索のため最も高度な解析を行っている。
また、セシウム原子を用いた暗黒物質探索の予備的実験および背景事象の理論的評価を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
イッテルビウムの中性原子とイオンの5つの遷移のISの測定データ全てを統合して新物理探索のための解析を進める。
セシウム原子を用いた暗黒物質探索実験を実施する。
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| Causes of Carryover |
共同研究のため，在外研究協力者を代表者所属機関(大阪大学)へ招聘する計画であったが、COVID-19のため実施できなかった。COVID-19による渡航制限の終了を踏まえて、速やかに招聘する予定である。
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