2022 Fiscal Year Annual Research Report
イオンビームを用いた高エネルギー光渦生成の基礎的研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
21H00168
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 実 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (70273729)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光渦 / 捩光子 / イオンビーム / ガンマファクトリー / STIRAP / ガンマ線レーザー / CARL |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加速されたヘリウム様イオンのラマン過程によるガンマ線光渦生成について研究を行った。基底状態(J=0)のイオンをJ=2の状態にラマン過程で励起する際に、中間状態への実励起を避けるためにSTIRAP(stimulated Raman adiabatic passage)を用いることを想定した。この過程を光学ブロッホ方程式で記述し、数値計算により励起確率を求めた。シグナルはJ=2の状態からの基底状態への磁気4重極遷移により生成される磁気量子数±2の光渦で，この遷移確率も求めた。また、背景事象はJ=2以外の状態からの脱励起による光子で、これを評価するためにJ=2以外の状態を上述の光学ブロッホ方程式に組み込み、遷移確率を数値的に計算した。光学ブロッホ方程式における緩和過程の記述に必要なイオンの各電子状態の寿命についても理論計算を行った。また，ガンマファクトリーを想定し，イオンビームは円形加速器に蓄積されていると仮定すると、ヘリウム様イオンが2光子吸収によって電子を1つ失い水素様イオンになると、直ちにイオンが加速器から失われるので、このイオン化率も評価した。
ガンマ線生成にはエネルギー的に重イオンを用いることが必須なので、ヘリウム様重イオンのスペクトル、励起状態の寿命、多重極遷移確率、イオン化断面積が必要となるが、重イオンの場合、これらについての実験データはほとんどないので、相対論的多体計算によって求めた。
これまでの研究で、加速された重イオンの電子状態のレーザー光による操作とガンマ線生成の原理について理解が進んだので、この原理をコヒーレントなガンマ線、つまりガンマ線レーザーの生成に応用する可能性についても研究を進めた。特に、集団的原子反跳レーザー(collective atomic recoil laser, CARL)のガンマ線領域での可能性について検討した。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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