2019 Fiscal Year Annual Research Report
Searches for dark fields via stimulated resonant scattering with high-intensity laser fields
Publicly Offered Research
| Project Area | Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future - |
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| Project/Area Number |
18H04354
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
本間 謙輔 広島大学, 理学研究科, 助教 (40304399)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / アクシオン / 真空内四光波混合 / 高強度レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質（DM）は現代物理学の最大級の謎である。その起源は弱結合する素粒子群である可能性が高い。南部・ゴールドストーンらは自発的対称性の破れ(SSB)に伴う零質量のボゾン (NGB)の存在を予見した。NGBは様々な力学要因により、実世界では厳密に零質量とはならず擬NGB(pNGB)化する。そこで２光子に結合するpNGBに着眼し、複数の極短パルスレーザー光を真空下で集光衝突させ、軽いpNGBの共鳴を介する誘導散乱現象(真空内四光波混合)を探索した。真空内四光波混合とは、軽い場の共鳴を介するω1+ω2→共鳴→ω3+ω4という光子・光子散乱過程に相当する。四光波混合の反応率は、レーザー光子数の3乗に比例し、レーザー時間幅に反比例するため、近未来のレーザーの高強度化かつ高繰り返し化により感度が飛躍的に向上する。これまで、真空下でω=ω1=ω2を満たす単一レーザー集光による準平行光子・光子衝突系(QPS)において、ω4の混合集光により散乱の終状態を誘導する探索を実施してきた(生成光が縮退した四光波混合に相当。ω3=2ω-ω4の光子が探索すべき信号)。QPSは1eV未満のsub-eV質量域全体に感度を有するが、正面衝突系(HCS)と比較すると、ルミノシティー因子が減少するため、より低質量域の暗黒場探索には、より高強度のレーザーを必要とする。一方、HCSでは比較的低強度のレーザーを用いても結合に関してQPSと同程度以上の感度を見込める。QPSにおけるsub-eV質量域の暗黒場探索結果の一部は、arXiv: 2004.10637に投稿しPTEPに掲載が決定した。HCSにおけるeV質量域の暗黒場探索では、３つの同色ビームを衝突させる系を大気下で実装し、微弱擬似信号を時差と直線偏光状態により分離・検知する光学系を実証し、初のHCSにおける探索を始動した。その結果は物理学会にて公表した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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