2015 Fiscal Year Annual Research Report
ポジトロニウム負イオンの光脱離を利用したポジトロニウムビーム科学の展開
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24221006
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
長嶋 泰之 東京理科大学, 理学部, 教授 (60198322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
満汐 孝治 東京理科大学, 理学部, 助教 (10710840)
立花 隆行 立教大学, 理学部, 助教 (90449306)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子ビーム / 陽電子 / ポジトロニウム / ポジトロニウム負イオン / 光脱離 / 共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２６年度に引き続き、（１）陽電子溜め込み装置から引き出されるパルス状低速陽電子ビームを利用したエネルギー可変ポジトロニウムビームの開発、（２）ポジトロニウム負イオン光脱離における共鳴の観測、（３）金属表面からのポジトロニウムやポジトロニウム負イオンの放出に対するアルカリ金属蒸着の効果の研究、（４）ポジトロニウム負イオンの観測による金属中陽電子の拡散の研究、（５）陽電子消滅誘起イオン脱離の研究を行った。
（１）では、ポジトロニウムビーム発生装置を完成させた。２４年度に開発したポジトロニウムビームと比べて、径が細く強度が高い。これを用いて、固体表面におけるポジトロニウム回折実験をスタートした。（２）では、２６年度から行っていたポジトロニウム負イオン光脱離における共鳴現象の研究を引き続き行った。その結果、光の波長を変化させると、特定の波長でポジトロニウム負イオンの光脱離が起こる確率が高くなること、つまり、共鳴が起こっていることがわかった。形状共鳴が起こる波長は、宮崎大の五十嵐らによる理論計算値（New J. Phys. 2 (2000) 17）と一致した。これらの結果を論文として発表した（Michishio et al., Nat. Commun. 7 (2016) 11060）。（３）では、タングステン表面にリチウム、ナトリウム、カリウム、あるいはセシウムを蒸着し、蒸着量を変えながら、ポジトロニウムやポジトロニウム負イオンの生成量の変化や、放出されたポジトロニウムの飛行時間を測定した。（５）では、ポジトロニウム負イオンの観測によるタングステン中の陽電子拡散定数の測定を行った。（６）では、二酸化チタン表面からの酸素正イオンの脱離の効率を、陽電子入射の場合と電子入射の場合とで比較した。その結果、電子入射の場合に比べて陽電子入射の場合の方が、効率が数桁も高いという驚くべき結果を得た。
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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
当初は、（１）陽電子溜め込み装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置の完成、（２）絶縁体表面におけるポジトロニウムの回折実験、（３）ポジトロニウム負イオン生成条件の最適化、（４）ポジトロニウム負イオンの観測による金属中における陽電子拡散の研究、（５）陽電子消滅誘起イオン脱離の研究、を予定していた。
研究業績の概要に書いたように、全ての計画がほぼ予定通り進んだ。エネルギー可変ポジトロニウム発生装置の開発では、当初予定していたよりも高品質なポジトロニウムビームを得ることに成功した。これを用いて、絶縁体表面におけるポジトロニウムの回折実験をスタートしている。
ポジトロニウム負イオン生成条件の最適化は、タングステン単結晶表面からのポジトロニウムやポジトロニウム負イオン放出に対するアルカリ金属蒸着の効果を調べることで行った。また、ポジトロニウム負イオンの観測による陽電子拡散の研究では、単結晶表面にナトリウムを蒸着し、陽電子の入射エネルギーを変えながらポジトロニウム負イオンの放出量を測定することで行った。さらに陽電子消滅誘起イオン脱離の研究では、電子入射の場合との違いについても検討し、陽電子入射の場合の方が、効率が数桁も高いという驚くべき結果を得た。
２７年度には、２６年度に行ったポジトロニウム負イオンの共鳴の観測のデータ解析も詳細に行い、形状共鳴の存在を明らかにした。また共鳴エネルギーを理論計算と比較して論文発表した。この結果はエネルギー可変ポジトロニウムビーム生成の研究内容とともに、28年5月に松江で開催される低速陽電子の国際会議で、２７年度の研究分担者である満汐孝治が招待講演で発表することになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度には、固体表面におけるポジトロニウムビームを用いたポジトロニウムの回折・干渉の実験を中心に推進していく予定である。
ポジトロニウムを固体表面すれすれの角度で入射すると、バルク中には進入せずに固体最表面で反射されると考えられる。その干渉像を得れば、固体最表面の構造解析が可能である。特にポジトロニウムは電気的に中性であるため、電荷をもつ電子や陽電子と比べて、絶縁体や磁性体表面の結晶構造解析用プローブとして優れている。同時にこの実験は、これまでに行われていないポジトロニウムの量子干渉を初めて観測する研究と位置づけられ、量子力学的意義が大きい。
試料にはまずはLiFを用いる。LiFはポジトロニウムに引き続き、Al2O3その他の物質でも順次を行う。
以上のほかに、27年度に引き続き、ポジトロニウム負イオン生成条件の最適化やポジトロニウム・ポジトロニウム負イオン生成に対するアルカリ金属蒸着の効果の解明、および陽電子消滅誘起イオン脱離の研究も推進していく予定である。
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Research Products
(24 results)
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[Presentation] Recent Experimental Studies on the Positronium Negative Ion2015
Author(s)
Yasuyuki Nagashima, Koji Michishio, Luca Chiari, Susumu Kuma, Tsuneto Kanai, Toshiyuki Azuma, Ken Wada, Izumi Mochizuki, Akira Yagishita, Toshio Hyodo
Organizer
17th International Conference on Positron Annihilation
Place of Presentation
Wuhan (China)
Year and Date
2015-09-20 – 2015-09-25
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Resonant Photodetachment of Positronium Negative Ions2015
Author(s)
K. Michishio, S. Kuma, T. Kanai, T. Azuma, K. Wada, I. Mochizuki, T. Hyodo, A. Yagishita, Y. Nagashima
Organizer
XVIII International Workshop on Low-Energy Positron and Positronium Physics
Place of Presentation
Lisboa (Portugal)
Year and Date
2015-07-17 – 2015-07-20
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Positronium emission from Na coated tungsten surfaces2015
Author(s)
Yasuyuki Nagashima, Hiroki Terabe, Shimpei Iida, Takashi Yamashita, Takayuki Tachibana, Bernardo Barbiellini, Ken Wada, Izumi Mochizuki, Akira Yagishita, Toshio Hyodo
Organizer
XVIII International Workshop on Low-Energy Positron and Positronium Physics
Place of Presentation
Lisboa (Portugal)
Year and Date
2015-07-17 – 2015-07-20
Int'l Joint Research
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