2019 Fiscal Year Research-status Report
Study of orbital angular momentum of x-ray by Compton scattering
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18K04952
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
安居院 あかね 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, 上席研究員(定常) (20360406)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 浩 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コンプトン散乱 / 光渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はX線領域の光について、コンプトン散乱を用いて光渦度の測定を行うものである。軌道角運動量、光渦をもつ光はレーザー物理においては既に発生方法が確立され、研究は幅広く展開されている。これに対しX線領域の光では、10年ほど前にシンクロトロン放射に光渦が含まれていることが理論的に示されて以来、実証研究が始まったばかりである。現在、光渦は光の強度の分布として測定する方法が主流である。
光が軌道角運動量をもてば、コンプトン散乱ではインパルス近似によって「運動量」として観測され、光渦の角運動量がコンプトンプロファイルの形状変化として観測されると期待される。本研究は、X線領域の放射光について光渦をコンプトンプロファイルの変化として検出する方法を提案する。
本研究期間中においては、大型放射光施設SPring-8の挿入光源から放射されるX線の軌道角運動量(円筒座標系で考えたときのラゲールガウシアン光の渦度、およびそれと一次結合で共役な関係にあるエネミートガウシアン光のノード数)について、コンプトン散乱における運動量の保存を見出すことを第一段階とし、円偏光成分の軌道角運動量の量子数が示す光渦度の検出を実証する。2019年度は検出器用架台を製作し、大型放射光施設SPring-8のBL37XUにおいてアンジュレータからの直線偏光を持つ放射のアンジュレータ次数を変えて入射光として、電子数が多い試料及び少ない試料について測定を行った。アンジュレータ次数はエルミートガウシアン光のノード数に対応する値である。
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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
2019年度はSPring-8のBL37XU用挿入光源からの直線偏光のX線を入射光とし、Ag、Au、Al、グラファイトをターゲットとし、コンプトン散乱を測定し、測定条件の検証を行った。また、入射光のアンジュレーター次数及び散乱角を変え光の条件の確認を行った。このためコンプトン散乱用の検出器の、垂直位置(光軸に直角)、水平位置(光軸に直角)、試料見込み角度(0度～45度)を調整できる位置調整用架台を製作した。
アンジュレータ光の次数は19次、20次、21次、22次と偶数次と奇数次を比べられるように各2つづになるように選んだ。
ラゲールガウシアン光は円筒座標系で表される。これに対し、直交座標系で表されるエルミートガウシアン光は、ラゲールガウシアン光とは一次結合の共役な関係にある光である。ラゲールガウシアン光の渦度は、エルミートガウシアン光のノード数に相当する。このノード数もコンプトン散乱で保存されることが予測される。アンジュレータ光の次数はこのノード数に対応する値である。
測定したコンプトンプロファイルの幅を各試料について比較すると、偶数次では0.5%程度小さく、奇数次では0.5%程度大きくなる傾向がみられた。これは見込み角が0度でも45度でも同様の傾向があることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、大型放射光施設SPring-8のBL08W及びBL37XUで実施した測定について結果の解析を進めるととともに理論計算の結果と比較し議論を進める予定である。理論計算について日本大学のグループと研究を進める予定でいる。実験の他に、物理学会、放射光に関する国際会議などの場で情報収集も進める予定である。実験結果の解析が進み次第、論文の執筆を開始する。この方法は特殊な光学素子を必要としないので波長を問わずに利用することが可能である。将来的には本研究を発展させ広いエネルギー領域でのX線の波動関数の状態を評価できる測定装置を開発し、光のトポロジーをプローブとした新たな物性研究分野を切り開きたい。
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| Causes of Carryover |
最終年度はデータの解析及び理論計算との比較を行う。そのための費用とする。
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[Book] 光物性学原論2020
Author(s)
石井武比古・安居院あかね
Total Pages
906
Publisher
丸善出版
ISBN
978-4-621-30431-0
