2020 Fiscal Year Research-status Report
Model experiment of black hole evaporation with ultra intense laser
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19K21865
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
蔵満 康浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70456929)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 祐仁 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (30311327)
神門 正城 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, グループリーダー(定常) (50343942)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 高強度レーザー / 航跡場 / プラズマミラー / ブラックホール / ホーキング放射 / トムソン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ブラックホールから放射があれば、ブラックホールは最終的に蒸発して無くなってしまうと考えられている。しかし、これを宇宙で直接観測することは難しく、実証困難であった。超高強度レーザーにより励起される航跡場（電子プラズマ波）を、プラズマの密度勾配を用いて加速し、加速ミラーとしてブラックホールの地平線を模擬する実験が提案されている。本研究では、数値シミュレーションを用いた航跡場の加速条件の最適化と超高強度レーザーを用いた原理実証を目的とする。航跡場の位相速度は、レーザーの群速度と等しく、プラズマ密度とレーザー強度の関数になっている。理論的には、プラズマの密度とレーザー強度により航跡場の位相速度が決定されるが、超高強度レーザーを用いるとプラズマの状態が著しく変化し、レーザーにも反作用として働き、レーザーパルスそのものも時間空間的に変化する。レーザーの集光による強度の変化に加え、プラズマとの非線形相互作用である自己収縮など、様々な非線形効果によりレザー強度とプラズマ密度が変化する。非一様プラズマ中の超高強度レーザーによる航跡場の加速を、数値シミュレーションにより最適化し、実験的に実証する。
2020年度は、コロナ禍の中、海外での実験が制限されているため、引き続き国内最高強度のJ-KARENレーザーを用い航跡場の時空間発展を捉える計測器の開発を行った。初年度は、レーザー光のプラズマによる散乱(トムソン散乱)のイメージングを行なったが、今年度はこれに多方向からの分光計測を用い、プラズマの空間分布に加えて、温度、密度、速度の計測を行った。これまでのトムソン散乱の理論には、線形、定常、平衡という近似が入っており、高強度レーザー生成プラズマにはそのまま適用できず、実験データはその限界を示している。今後データ解析を進めと同時に、非線形、非定常、非平衡系における理論を展開する。
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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
ほぼ光の速さで伝搬する航跡場を計測するには、高い時間分解を持つ計測器が必要である。台湾NCUの100TWレーザーファシリティではそれが可能であるが、コロナウィルスの影響で今年度も海外での実験は遂行できなかった。国内での研究は徐々に通常に戻りつつあり、シミュレーションと計測器開発は予定通りに進んでいる。延期されていたJ-KAREN実験についても遅れて実施され、有効なデータが得られている。現在得られている実験データとシミュレーションから、これまで広く使われてきている散乱理論では限界が見えており、新たな理論の展開を行なっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナウィルスのため依然として先行きが不透明であり、特に海外での実験は不確定性が大きい。ウェブミーティングを通して、台湾サイドの関係者と連絡を続け、渡航制限が解除されれば素早く共同実験を開始できるよう準備する。これまで得られた実験結果から、広く使われているトムソン散乱理論の限界と、新たな非線形、非定常、非平衡系における理論の必要性がはっきりしいる。今後は、これまで得られたデータとそれを補完するためのシミュレーションを行い、超高強度レーザーによるトムソン散乱理論を構築する。またこれまでの実験から、さらに高時空間分解の計測をすることが、新たな理論の検証にも必要であることがわかっている。時間分解については、台湾での実験が必要であるが、空間分解トムソン散乱スペクトル分光計測については国内でも可能であるため、状況に合わせ理論の展開とその検証を行なっていく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響で、予定していた国立台湾大学への渡航ができなかったため。渡航制限が解除され次第台湾での実験を遂行したいが、状況が改善されなければ理論・シミュレーションに重点を移し、国内での要素実験での検証を目指す。
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[Journal Article] Generation of α-Particle Beams With a Multi-kJ, Peta-Watt Class Laser System2020
Author(s)
Daniele Margarone, Alessio Morace, Julien Bonvalet, Yuki Abe, Vasiliki Kantarelou, Didier Raffestin, Lorenzo Giuffrida, Philippe Nicolai, Marco Tosca, Antonino Picciotto, Giada Petringa, Giuseppe A. P. Cirrone, Yuji Fukuda, Yasuhiro Kuramitsu, et al.
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Journal Title
Frontiess in Physics
Volume: 8
Pages: 343-1~343-5
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Collective Thomson scattering in non-equilibrium laser produced two-stream plasmas2020
Author(s)
K. Sakai , S. Isayama , N. Bolouki, M. S. Habibi, Y. L. Liu , Y. H. Hsieh, H. H. Chu , J. Wang , S. H. Chen, T. Morita , K. Tomita, R. Yamazaki, Y. Sakawa , S. Matsukiyo, and Y. Kuramitsu
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Journal Title
Physics of Plasmas
Volume: 27
Pages: 103104-1~13
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental design for ion stopping power in dense plasmas2021
Author(s)
A. Morace, D. Margarone, P. Nicolai, D. Batani, T. Ma, D. Marisca, Y. Abe, Y. Arikawa, S. Fujioka, L. Volpe, S. Malko, Y. Fukuda, Y. Johzaki, Y. Kuramitsu, D. Raffestin, L. Giuffrida
Organizer
日本物理学会第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] 大型レーザー激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(4)：2019-2020年度の進捗状況2021
Author(s)
山崎了, 田中周太, 河村有志郎, 正治圭崇, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 石坂夏槻, 角地真, 瀬井柊人, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 佐藤雄飛, 椎名遼, 坂和洋一, 佐野孝好, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 石原大樹, 倉本織羽乃, 松本雄志郎, 蔵満康浩, et al.
Organizer
日本物理学会第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] 大型レーザー激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(5)：2019年度の実験結果と理論的解釈2021
Author(s)
田中周太, 山崎了, 河村有志郎, 正治圭崇, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 石坂夏槻, 角地真, 瀬井柊人, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 佐藤雄飛, 椎名遼, 坂和洋一, 佐野孝好, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 石原大樹, 倉本織羽乃, 松本雄志郎, 蔵満康浩, et al.
Organizer
日本物理学会第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] 高強度レーザーを用いた無衝突衝撃波によるイオン加速2020
Author(s)
中川義治,泉智大,太田雅人, 江頭俊輔, Alessio Morace, 南卓海,檜原崇正, 境健太郎, 西本貴博, 高野晟輝, 蔵満康浩,金崎真聡, 浅井孝文, 中川貴斗, 坂本渓太,清水和輝,神野智史, A. Mcllvenny, O. McCusker, M. Borghesi, 近藤康太郎, A. S. Pirozhkov, 桐山博光, M. A. Alkhimova , T. Pikuz , 福田祐仁,坂和洋一
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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[Presentation] Relativistic ion acceleration with nanostructure targets supported by large-area suspended graphene2020
Author(s)
Y. Kuramitsu, T. Minami, T. Hihara, K. Sakai, T. Nishimoto, M. Takano, H. Habara, S. Isayama, Y. Sakawa, A. Morace, S. Egashira, M. Ota, Y. Nakajima, M. Kanasaki, T. Nakagawa, T. Asai, K. Sakamoto, K. Shimizu, K. Oda, T. Yamauchi, Ko. Kondo, H. Kiriyama, S.Jinno, S.H. Chen, Y.T. Liao, W.Y. Woon, Y. Fukuda
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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[Presentation] SACLAを用いたサブミクロンロッド集合体ターゲットのX 線小角散乱実験2020
Author(s)
太田雅人, Melanie Rodel, 江頭俊輔, 泉智大,中川義治, Tatiana Pikuz, Alexander Pirozhkov, Alejandro Laso Garcia, Alessio Morace, 南卓海, 堺健太郎,福山祐司,前田優斗, 遠藤康平,新田蒼真, 渡邊喜一郎, Bruno Albertazzi, Michel Koenig, 藪内俊樹,冨樫格,犬伏雄一, 末田敬一,松岡健之,尾崎典雅,上原直希,松井隆太郎, 蔵満康浩, et al.
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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[Presentation] Acceleration of high charged Au ions by irradiating ultra-intense laser on ultra-thin gold foil suspended on large-area suspended graphene target2020
Author(s)
T. Minami, H. Habara, T. Hihara, K. Sakai, M. Takano, T. Nishimoto, W. Y. Woon, Y. T. Liao, Y. Fukuda, H. Kiriyama, Ko. Kondo, Y. Sakawa, A. Morace, S. Egashira, M. Ota, T. Izumi, T. Morita, M. Takagi, M. Kanasaki, T. Asai, S. Jinno, Y. Kuramitsu
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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