2021 Fiscal Year Annual Research Report
Positronium generation, condensation, and cooling to realize Bose-Einstein condensation of antimatter system
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19H01923
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石田 明 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00647670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大島 永康 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, 研究グループ長 (00391889)
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)
渡邉 亮太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50736832)
甲斐 健師 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (70403037)
伊藤 賢志 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, 研究グループ長 (90371020)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 反物質 / ボース・アインシュタイン凝縮 (BEC) / ポジトロニウム / レーザー冷却 / 高密度陽電子 / 陽電子蓄積装置 / 輝度増強システム / ポジトロニウム生成・濃縮・冷却ナノ反応器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、素粒子物理学・原子物理学・光科学の各分野にパラダイムシフトをもたらすべく、反物質系ボース・アインシュタイン凝縮 (BEC) を実現させ、物質優勢の宇宙の謎を解く鍵となる反物質重力測定による物質・反物質対称性の検証やポジトロニウム (Ps) 原子のエネルギー準位超精密測定による束縛系量子電磁力学の精密検証、さらにはガンマ線レーザーに応用することである。本研究の目標は、Ps-BEC実現に必須技術となる高効率のPs生成・濃縮・冷却手法の確立である。2021年度は以下のように、(1) Ps-BECを発現させるための「ナノ反応器」としての高度機能性シリカ多孔体開発、(2) 高密度Ps生成に必要な陽電子の蓄積と圧縮を実現する高密度陽電子ビーム生成システム開発、(3) Psレーザー冷却実験において大きな進展があった。
(1) ナノ反応器開発：Psレーザー冷却を阻害することが判明したシリカエアロゲルに代わるナノ反応器候補として、①規則配列シリカナノ粒子、②ナノプロセシングを駆使した手法による格子パターンシリカ、の2手法を研究した。それぞれの手法で試作したナノ反応器を用いて産総研およびKEKの陽電子ビームラインで行った実験でPs生成を確認し、これら手法によるナノ反応器開発に道筋をつけた。
(2) 陽電子ビーム開発：電子線形加速器を使って発生させた陽電子を閉じ込めるため、シリコンカーバイド減速材を用いたトラップを開発し、Ps高密度化の肝となる陽電子蓄積効率を大幅に改善することに成功した。
(3) Psレーザー冷却：KEK陽電子ビームラインにおいてPs冷却用紫外レーザー（波長243 nm）をPsに照射したところ、レーザー反射ミラーが帯電してPs励起確率の測定が正しく行えないことが判明した。検出装置を改良し、Ps低温化に不可欠なPsレーザー冷却の原理実証実験を行う準備を完了した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Experimental progress in physics of cold positronium2021
Author(s)
K. Shu、Y. Tajima、T. Kobayashi、R. Uozumi、E. Chae、K. Yoshioka、A. Ishida、T. Namba、S. Asai、M. Kuwata-Gonokami、N. Oshima、B. E. O’Rourke、K. Michishio、K. Ito、K. Kumagai、R. Suzuki、S. Fujino、T. Hyodo、I. Mochizuki、K. Wada、T. Kai
Organizer
VIRTUAL FPUA 2021 Fundamental Physics Using Atoms
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dense positronium formation for Bose-Einstein condensation2021
Author(s)
A. Ishida、K. Hashidate、T. Namba、S. Asai、M. Kuwata-Gonokami、Y. Tajima、T. Kobayashi、R. Uozumi、K. Shu、E. Chae、K. Yoshioka、N. Oshima、B.E. O’Rourke、K. Michishio、K. Ito、K. Kumagai、R. Suzuki、S. Fujino、T. Hyodo、I. Mochizuki、K. Wada、T. Kai
Organizer
12.5th International Workshop on Positron and Positronium Chemistry (PPC 12.5)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Development of a chirped pulse laser for cooling poistronium2021
Author(s)
Y. Tajima、K. Yamada、T. Kobayashi、R. Uozumi、A. Ishida、T. Namba、S. Asai、M. Kuwata-Gonokami、K. Shu、E. Chae、K. Yoshioka、N. Oshima、B. E. O’Rourke、K. Michishio、K. Ito、K. Kumagai、R. Suzuki、S. Fujino、T. Hyodo、I. Mochizuki、K. Wada、T. Kai
Organizer
12.5th International Workshop on Positron and Positronium Chemistry (PPC 12.5)
Int'l Joint Research
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