物質の非平衡応答による電子の電気双極子能率の精密測定の理論

• Project/Area Number: 22KJ0694
• Project/Area Number (Other): 21J22745 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 川口 廣伊智 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 電子の電気双極子モーメント / CP対称性の破れ / 電子EDM / 有限波数 / 誘電率

Outline of Research at the Start

電子の永久電気双極子モーメント(eEDM)の探索では、物質優勢宇宙の起源に関わるCP対称性の破れを原子・分子や物質における低エネルギー物理現象の精密測定で調べる。これまでの研究で、eEDMの値を有限波数の電場に対する磁化の応答と誘電率の測定という2種類の物質測定だけで決定できるeEDM探索手法を提案した。
本研究では、eEDMによる磁化の応答が誘電率に比例することに着目し、強誘電体を用いた高精度eEDM測定を理論的に定式化する。また、電場に対する磁化の応答において eEDMと無関係に生じる物質の電気磁気応答の問題を、非平衡統計力学を活用し解消する。そして、その具体的な実験手法の提案も行う。

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究で、電子の永久電気双極子能率(eEDM)の値を有限波数の電場に対する磁化の応答と誘電率の測定という2種類の物質測定だけで決定できるeEDM探索手法を提案した。しかし、原子核を自由度として考慮していなかったため理論を適用できる対象物質が金属や半導体に限られていた。そこで、今年度の研究では電子と原子核をいずれも位置と運動量をもつ自由度として計算を進め、理論の拡張を目指した。そして、その計算の過程で以下のことが新しく分かった。これまでの研究では外部電場を印加したときの磁化の応答を調べる必要があると考えられていた。しかし、外部電場を印加していなくても、物質が自発的に有限波数の電荷密度の秩序を持つならば同波数の磁化も生じることが分かった。このようにして生じた自発磁化を測定することを通じたeEDM測定について研究を進めている。
また、これまでの研究では、Schiff遮蔽が起こるような非相対論的な固体電子系において、eEDMの一次の応答が生じる例として、有限波数の磁化の応答に着目していた。そこで今年度の研究では磁化とは異なる物理量の応答に着目し、磁場中の固体子系における電気双極子モーメントや電流の応答について新たに計算した。その結果、これらの物理量がeEDMの一次の応答を示すための条件を求めることができた。今後は、その応答を利用したeEDM探索手法についても研究を進めていく。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。