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2015 Fiscal Year Annual Research Report

真空内四光波混合によるアクシオン探索

Research Project

Project/Area Number 25287060
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

本間 謙輔  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40304399)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 阪部 周二  京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsアクシオン / 擬スカラー場 / 暗黒物質 / レーザー / 真空内四光波混合
Outline of Annual Research Achievements

QCDラグランジアンのCP対称性は、QCDの非摂導真空構造(θ真空)を色濃く反映している。θ真空の位相値は、元来、任意でよいにも関わらず、実世界では極めて良い精度でゼロとなっている。このため自発的に位相値をゼロに収斂させる機構が必要となる。アクシオン場はこのために導入されたPeccei-Quinn対称性の破れに伴う質量ゼロの南部・ゴールドストンボゾン(NGB)である。アクシオン場は、擬NGB化を通じて質量を持ち得るが、その質量によっては暗黒物資の有力な候補と成り得る。これまでレーザーと静磁場を用いてアクシオンの生成・崩壊を観測する手法や太陽内で生成されるアクシオンを地上の磁場を用いて崩壊させる方法を常套手段として探索が行われてきた。本研究では、真空中で2色のレーザー光を集光し、真空起因の四光波混合光の観測により、軽い暗黒物質源となり得るアクシオンの地上探索を実施した。
これまでに構築した真空容器内のレーザー集光系において、生成用光波(800nm)と崩壊誘導用光波(1064nm)のレーザーを同軸上で混合し、真空内四光波混合光の探索を実施した。その際、研究分担者が運用するレーザーシステムで得られる生成用レーザー光強度を2段階に用いて探索を試みた。比較的弱い初段階のレーザー強度による探索では、真空内四光波混合光が統計的に有意に見出されなかった結果を得た。この結果から、アクシオン場と光子との結合に対する上限値を、アクシオン場の質量の関数として見積り、論文として出版することに成功した。初段階の探索システムにより、残余原子起因の背景光の圧力依存性の定量化にも成功した。その結果、2段階目の最高強度レーザーによる探索には、真空系の根本的なアップグレードが必須であることが判明した。これらの経験を通じて、背景光の抑制方法の確立とその実践のために必要とされる研究課題を具体化することに成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ELI-NP(ルーマニア)

    • Country Name
      ROMANIA
    • Counterpart Institution
      ELI-NP
  • [Int'l Joint Research] IZEST, Ecole Polytechnique(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      IZEST, Ecole Polytechnique
  • [Journal Article] Search for sub-eV scalar and pseudoscalar resonances via four-wave mixing with a laser collider2015

    • Author(s)
      T. Hasebe, K. Homma, Y. Nakamiya, K. Matsuura, K. Otani, M. Hashida, S. Inoue, S. Sakabe
    • Journal Title

      Prog. Theor. Exp. Phys.

      Volume: - Pages: 073C01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptv101

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ELI-NPでの真空内四光波混合探索へ向けた現状と課題2016

    • Author(s)
      長谷部孝、本間謙輔、中宮義英、松浦佳代、橋田昌樹、井上俊介、阪部周二
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [Presentation] 高強度レーザー場を用いた素粒子物理学の新展開2016

    • Author(s)
      本間謙輔
    • Organizer
      第36回レーザー学会シンポジウム
    • Place of Presentation
      名城大学天白キャンパス(2016.1.11)
    • Year and Date
      2016-01-11 – 2016-01-11
    • Invited
  • [Presentation] 四光波混合を用いた暗黒物質候補粒子の探索結果2016

    • Author(s)
      長谷部孝、本間謙輔、中宮義英、松浦佳代、橋田昌樹、井上俊介、阪部周二
    • Organizer
      第36回レーザー学会年次大会
    • Place of Presentation
      名城大学天白キャンパス
    • Year and Date
      2016-01-10 – 2016-01-10
  • [Presentation] 真空内四光波混合による暗黒場探索の現状と展望2015

    • Author(s)
      本間謙輔
    • Organizer
      新学術領域研究会テラスケール2015
    • Place of Presentation
      東京工業大学岡山キャンパス
    • Year and Date
      2015-12-22 – 2015-12-22
    • Invited
  • [Presentation] Search for sub-eV dark fields at stimulated laser colliders2015

    • Author(s)
      Kensuke Homma
    • Organizer
      Outlook on Wake Field Acceleration: the Next Frontier
    • Place of Presentation
      CERN, Geneva, Switzerland
    • Year and Date
      2015-10-15 – 2015-10-15
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantum Optics in the Vacuum toward Laboratory Search for Dark Fields in the Universe2015

    • Author(s)
      Kensuke Homma
    • Organizer
      CLE2015, OPTICS & PHOTONICS International Congress 2015
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2015-04-23 – 2015-04-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] ELI-NP

    • URL

      http://www.eli-np.ro

  • [Remarks] IZEST

    • URL

      https://portail.polytechnique.edu/izest/en

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-02-01  

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