2020 Fiscal Year Annual Research Report
ランタノイドイオン結晶のレーザー操作によるニュートリノ質量分光法の開発研究
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20H00161
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
吉見 彰洋 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40333314)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉村 太彦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 客員研究員 (70108447)
黒澤 俊介 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (80613637)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / コヒーレンス / ランタノイド / 結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、結晶中にドープされたランタノイドイオンの電子遷移に伴ってニュートリノ対を放出する際に発生する磁化について検討を行った。電子スピンの非対称な射影成分である磁化は、パリティ対称性を破る弱い相互作用を通じてのみ生成され得るもので、QED 過程のバックグランド事象と識別できる重要な量である。また、この発生磁化はスピン緩和時間程度の間、蓄積され続けて観測にかかるというメリットもある。理論的に検討を進めた結果、ニュートリノの性質(質量、粒子タイプ等)は磁化の角度分布に現れることが分かり、その量は磁場強度として nG/s のレートで発生すると期待できることが分かった。これは励起レーザーの照射デューティー比を考慮しても、SQUID のような高感度磁力計で検出可能な量である。
また、使用する結晶の候補の１つである Er:LiYF4 の準備に着手した。これは母結晶 LiYF4 の Y サイトを Er 原子で置換したもので価数は Er3+ が安定である。この結晶はフォノンエネルギーが低く、Er 電子のコヒーレンスやスピン状態が結晶格子との相互作用で緩和するレートが固体の中でもひと際小さいことが知られている。ただし本研究では、コヒーレンスの良い系を実現するために商用では扱われていない低濃度(0.1%以下)の Er が置換されているEr:LiYF4 結晶が必要であることから、分担者である東北大学の黒澤氏により、0.1%および 0.01% のEr濃度の結晶を作製した。X線回折パターンを測定して単結晶面の確認も行い、今後予定している結晶性能評価実験の準備が整った。
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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
結晶にドープされたランタノイドイオンの蓄積磁化をニュートリノ研究に利用できる道筋がある程度たてられ、Er:LiYF4 結晶の準備も進んでいるので。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はニュートリノ対生成遷移に伴って結晶にドープされた Er の電子スピン磁化が生成される量をより詳細に計算することを目指す。具体的には得られる磁化の角度分布スペクトルが標的サイズによってどう影響されるか、観測にはかからないが物理の理解を深める上で重要なニュートリノ対の運動学的情報を整理し、論文にまとめる予定である。また、作製してある Er:LiYF4 結晶について、電子スピン共鳴実験を行うことにより、結晶の品質やスピンに関わる線幅、緩和時間等の情報を系統的に取得して、より具体的にニュートリノ質量分光の実験デザインを確立する。
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Research Products
(3 results)
