リドベルグ原子直接光イオン化によるダークマターアクシオンの広域一括探索

• 研究課題/領域番号: 16K13805
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 舟橋 春彦 京都大学, 国際高等教育院, 教授 (00283581)
• 研究協力者: 松木 征史 ; 小川 泉 ; 松原 明
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: ダークマター / アクシオン / 光イオン化過程 / リドべルグ原子 / バンチ化原子ビーム / 電子検出器 / リドベルグ原子 / 光イオン化 / 直接光イオン化 / 電子検出

研究成果の概要

宇宙におけるダークマターの正体を解明するために、その有力候補である素粒子アクシオンを探す新たな方法の開発を行った。具体的には、広い範囲の質量を持つアクシオンを一括して同時に探索する方法の中核的実験技術の開発を目指す。特に、（1）高励起原子（リドベルグ原子）に光子を直接吸収させてイオン化する「直接光イオン化過程」を用いた実験手法の詳しい解析、（2）この方法の実現に不可決な時間的に制御されたバンチ化原子ビーム、および関連する電子検出器の開発、を行った。これらの解析と関連実験装置の開発により、より効率的なダークマターアクシオンの探索が可能であることが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙のダークマターの正体の解明は、宇宙物理・素粒子物理に渡る最重要な研究課題の一つであり、極めて高い学術的意義がある。有力なダークマター候補素粒子アクシオンの探索は多くの研究グループにより行われているが、アクシオンの質量が理論的に特定できないので、探索が効率的に行われているとは言い難い。本研究は、広域の質量を持つアクシオンを一括して同時に探索して、探すべきアクシオンの質量領域を効率よく限定しようとするもので、ダークマターの正体を解明する新たな探索法として、高い学術的・社会的意義がある。