原子・分子を用いたニュートリノ質量分光のための研究

• Project/Area Number: 16J10938
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 平木 貴宏 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ニュートリノ / 原子・分子物理 / レーザー分光 / パラ水素

Outline of Annual Research Achievements

SPAN (SPectroscopy with Atomic Neutrino) 計画は、原子・分子の脱励起過程のうちニュートリノ対と1 光子を放出する過程の光子エネルギースペクトルを詳細に調べることにより、ニュートリノの絶対質量などの未知のパラメータを包括的に決定することを目的としている。この計画を実現する上で、”マクロコヒーレント増幅機構”（量子干渉性を用いた反応レートの増幅効果）は、核心となる原理である。
本研究ではこの増幅原理を多光子過程での観測を通して詳細に理解することを進めてきた。
パラ水素を用いた二光子放出過程増幅実験では、同方向及び対向方向から入射する二本のレーザーによってパラ水素を励起、コヒーレンスを生成し、トリガーレーザーと呼ぶ別の中赤外レーザーにより増幅された放出過程を誘起する。前年度の実験ではポンプレーザーとトリガーレーザーを同一の中赤外レーザー光源をビームスプリッターで分けて使用していたが本年度は別のトリガーレーザーを用意し、ポンプレーザーとトリガーレーザーを独立に取り扱うことが可能になった。
ポンプレーザーの周波数を二光子励起共鳴条件に固定し、トリガー周波数のみ変更した場合の二光子放出強度依存性を測定した。強度が入射・出射光の間に運動量保存条件が成立する時、本実験の場合トリガー周波数がポンプ周波数付近の場合のみ信号が観測されることを確認し、理論予測とも定性的に一致することを確認した。また、対向するポンプレーザーの角度を少し変更した場合二光子放出強度が最大になるトリガー周波数がシフトすることを確認した。これらの結果は出版済みまたは現在投稿中の論文に纏めている。
パラ水素を用いた実験の他に、Xeガスを用いた高次QED（多光子）放出過程のレート増幅実験を進めている。本年度はXeガスの二光子励起に成功した。今後レート増幅実験を進めていく。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Coherent two-photon emission from hydrogen molecules excited by counter-propagating laser pulses (2019)
  • Author(s): Hiraki Takahiro、Hara Hideaki、Miyamoto Yuki、Imamura Kei、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
  • Journal Title: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics Volume: 52 Issue: 4 Pages: 045401-045401
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aafbd0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequency dependence of coherently amplified two-photon emission from hydrogen molecules (2017)
  • Author(s): Hideaki Hara, Yuki Miyamoto, Takahiro Hiraki, Takahiko Masuda, Noboru Sasao, Satoshi Uetake, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura, and Motohiko Yoshimura
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW A Volume: 96 Issue: 6 Pages: 063827-063827
  • DOI: 10.1103/physreva.96.063827
  • NAID: 120006382538
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vibrational excitation of hydrogen molecules by two-photon absorption and third-harmonic generation (2017)
  • Author(s): Miyamoto Yuki、Hara Hideaki、Hiraki Takahiro、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
  • Journal Title: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics Volume: 51 Issue: 1 Pages: 015401-015401
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa9782
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Injection-seeded tunable mid-infrared pulses generated by difference frequency mixing (2017)
  • Author(s): Yuki Miyamoto, Hideaki Hara, Takahiko Masuda, Takahiro Hiraki, Noboru Sasao and Satoshi Uetake
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 56 Issue: 3 Pages: 032101-032101
  • DOI: 10.7567/jjap.56.032101
  • NAID: 210000147462
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ニュートリノ質量分光のための対向レーザー励起によるコヒーレント二光子放出実験 (2018)
  • Author(s): 平木貴宏
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 原子・分子を用いたニュートリノ質量計画 (2018)
  • Author(s): 平木貴宏
  • Organizer: 京都大学セミナー
  • Invited
• [Presentation] Coherently amplified multi-photon emission toward neutrino mass spectroscopy (2018)
  • Author(s): Takahiro Hiraki
  • Organizer: 10th International workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ニュートリノ質量分光のためのパラ水素ガスを用いた対向レーザー励起実験 (2018)
  • Author(s): 平木貴宏
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会 東京理科大学
• [Presentation] ニュートリノ質量分光のためのパラ水素対向レーザー励起実験の現状 (2017)
  • Author(s): 平木貴宏
  • Organizer: 日本物理学会第72 回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Recent study on two-photon emission from coherently-excited parahydrogen (2017)
  • Author(s): T.Hiraki
  • Organizer: 9th International workshop on Fundamental Physics using Atoms (FPUA)
  • Place of Presentation: Kyoto University
  • Year and Date: 2017-01-09
  • Int'l Joint Research