Determination of scattering parameters in positronium-helium collisions

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03416
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: SAITO Haruo 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)
• 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 Final Research Achievements

Positronium (Ps) is a pure leptonic hydrogen-like atom composed of positrons and electrons. The purpose of this study is to measure the collisional parameters (momentum transfer cross sections) in Ps-He scattering with high accuracy. In the experiment, we used the Ps-Xe-He ternary system, and obtained the time evolution of the kinetic energy of Ps by using the characteristics of the spin conversion reaction of Ps in Ps-Xe scattering. The data were accumulated by long time measurements and analyzed in detail. As a result of the analysis, a tentative value of (12.3±1.3)×10^(-16)cm^(2) was obtained as the momentum transfer cross section for Ps-He collisions, which is found to be highly accurate by the method used, demonstrating the usefulness of our method.

Free Research Field

物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで議論が収束していなかったPs-He散乱の理論計算のベンチマークの確立に寄与する。同時に、応用として以下２つが挙げられる。一つはPsのボーズアインシュタイン凝縮によるガンマ線レーザー開発への寄与である。この実現にはPsの冷却が本質的であるが、Ps-He衝突による冷却レートがこの研究で明らかになる。二つ目は、医療におけるPET(陽電子断層撮像法)の改良にPsの基本的パラメターが貢献することが期待される。