2023 Fiscal Year Final Research Report

Observation of transition radiation carrying orbital angular momentum

Research Project

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Project/Area Number	21K12531
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research Institution	Saga Industrial Promotion Organization
Principal Investigator	Takabayashi Yuichi 公益財団法人佐賀県産業振興機構(佐賀県産業イノベーションセンター産業振興部研究開発振興課、九州シンク, 加速器グループ, 主任研究員 (50450953)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	隅谷和嗣公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 研究員 (10416381) 馬込栄輔公益財団法人佐賀県産業振興機構(佐賀県産業イノベーションセンター産業振興部研究開発振興課、九州シンク, ビームライングループ, 副主任研究員 (40408696)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	遷移放射 / 軌道角運動量 / テラヘルツ
Outline of Final Research Achievements	The purpose of the present study is to observe transition radiation carrying orbital angular momentum. The experiments were conducted using an electron beam from the 255-MeV linear accelerator at SAGA-LS. The electron beam was injected into an Au-coated Si wafer, and the resulting transition radiation was extracted into air through a vacuum window. We attempted to determine the angular momentum of this radiation by passing it through a triangular aperture and measuring its diffraction pattern. Although we could not determine it within the scheduled period, we succeeded in generating coherent transition radiation by compressing the bunch length of the electron beam, and in observing its angular distribution. We plan to replace the triangular aperture with a double slit, as aligning the latter is easier, and to continue the present study.
Free Research Field	放射線物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	1990年代に軌道角運動量を運ぶ光(光渦)の理論が提案されて以来，光渦に関する研究が精力的に行われてきた．光ピンセット，超解像顕微鏡など応用研究も多岐に渡る．一方，アンジュレータ放射に代表されるように，相対論的電子ビームを利用した光渦の生成も行われるようになってきている．このような背景のもと，本研究では軌道角運動量を運ぶ遷移放射の初観測を目指している．アンジュレータ放射等と異なり，らせん運動をしない直進する電子から軌道角運動量を運ぶ光が生成されるのかという学術的な問いに答える点に意義がある．また，他の電子ビームを用いた手法と比べ，光渦のシンプルな生成法となり得る点にも意義があると考えられる．