Determination of scattering parameters in positronium-helium collisions

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K03416
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 齋藤 晴雄 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60235059)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澁谷 憲悟 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (20415425) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 陽電子 / ポジトロニウム / 原子散乱 / 運動量移行断面積

Outline of Annual Research Achievements

ポジトロニウム（Ps）は陽電子と電子からなる純レプトン系の水素様原子であり、最も軽い元素（原子番号0）と見做せることから、量子電磁気学や量子化学計算のベンチマークに用いられる。本研究の目的は、Ps-He散乱における衝突パラメータ（運動量移行断面積、散乱長、有効到達距離）を実験的に有効数字2桁以上の精度で明らかにし、提唱されている理論計算のうち、最も精確に現象の本質を再現するモデルを決定することである。
実験においては、研究代表者らが既に実施したPs-Xeの測定系を改良し、Ps-Xe-Heの三元系の測定を行う。Ps-He散乱の研究にXeを介在させるのは、Ps-Xe散乱におけるPsのスピン転換反応の特性（S波散乱では禁制遷移となること）を利用して、Psの運動エネルギーを推定するためである。つまり、Xeは温度計として機能する。
当該年度は、昨年に引き続き、統計精度を上げるためにカウント数を増やすための実験と
解析の最適化を行っている。実験ではBaF2シンチレーターとLaBr(Ce)シンチレーターを用い、Ps-Xe-He系におけるポジトロニウム消滅の時間エネルギー相関二次元データを取得した。ポジトロニウムの生存時間はNa-22の核ガンマ線線と消滅ガンマ線の時間差から、エネルギーはLaBr(Ce)シンチレーターの出力から得られる。
長時間の実験を行い、カウント数を増やしてデータを蓄積し、データを詳細に解析した。また、光電子増倍管の波形を最適化するために、帯域フィルターをテストした。これらの測定に対して、解析の最適化を行ったが、完成には至らなかった。
Ps-He衝突の運動量移行断面積として仮の値(12.3±1.3)×10^(-16)cm^(2)が得られた。系統誤差について更に検討を進めている。