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原子の量子増幅効果を利用したニュートリノ質量測定に向けた基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 17H02896
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関岡山大学

研究代表者

吉見 彰洋  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40333314)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワードニュートリノ / コヒーレンス / レーザー / 準安定状態 / 原子コヒーレンス / 高次QED過程 / 素粒子実験 / 原子・分子物理
研究成果の概要

本研究は原子遷移に伴うニュートリノ生成の検出を目指し、原子の準安定状態への励起・コヒーレンス生成及びそこからの脱励起過程の制御実験を実施するものである。
標的原子として Xe を用い、第一励起状態(寿命約40秒の準安定状態)へパルスレーザーによる多光子励起実験を行った。その結果 E1-M1 および E1-E2 の2光子励起を通じた準安定状態への励起に成功した。またプローブレーザー光を導入してその励起数がパルス当たり1e+6 - 1e+7個と算出でき、理論的な遷移強度と比較できる段階に至った。禁制遷移が絡む2光子遷移の理論と実験の比較が可能になったことは、コヒーレンス制御にとって重要な進歩である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ニュートリノは現在知られている素粒子の中でも質量・粒子のタイプ等基本的性質が未解明な唯一のものである。日本では巨大加速器・検出器の実験でニュートリノの謎の解明に大きな貢献をしてきた一方、そのような巨大実験では解明が困難と思われる部分もある。そこで本研究課題のような全く異なる実験手法、特に小規模実験を考案し、手法を確立していくことが重要と考えられる。レーザー光で原子分子集団を特殊な状態に遷移させ、量子力学的効果によって弱い過程を能動的に増幅することを目指す本研究課題は価値がある。本研究期間において、光だけが絡む過程ではあるものの、標的原子遷移の弱い過程に関する知見が得られたことは意義がある。

報告書

(4件)
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Geometry-dependent spectra and coherent transient measurement of nearly degenerate four-wave mixing using two-photon resonance2019

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Hara, Yuki Miyamoto, Takahiro Hiraki, Kei Imamura, Takahiko Masuda, Noboru Sasao, Satoshi Uetake, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura, Motohiko Yoshimura
    • 雑誌名

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      巻: 52 号: 23 ページ: 235402-235402

    • DOI

      10.1088/1361-6455/ab4a6e

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coherent two-photon emission from hydrogen molecules excited by counter-propagating laser pulses2019

    • 著者名/発表者名
      Hiraki Takahiro、Hara Hideaki、Miyamoto Yuki、Imamura Kei、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
    • 雑誌名

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      巻: 52 号: 4 ページ: 045401-045401

    • DOI

      10.1088/1361-6455/aafbd0

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibrational Two-Photon Emission from Coherently Excited Solid Parahydrogen2017

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Yuki、Hara Hideaki、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 121 号: 20 ページ: 3943-3951

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.7b02011

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency dependence of coherently amplified two-photon emission from hydrogen molecules2017

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Hara, Yuki Miyamoto, Takahiro Hiraki, Takahiko Masuda, Noboru Sasao, Satoshi Uetake, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura, and Motohiko Yoshimura
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW A

      巻: 96 号: 6 ページ: 063827-063827

    • DOI

      10.1103/physreva.96.063827

    • NAID

      120006382538

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibrational excitation of hydrogen molecules by two-photon absorption and third-harmonic generation2017

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Yuki、Hara Hideaki、Hiraki Takahiro、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
    • 雑誌名

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      巻: 51 号: 1 ページ: 015401-015401

    • DOI

      10.1088/1361-6455/aa9782

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fast x-ray detector system with simultaneous measurement of timing and energy for a single photon2017

    • 著者名/発表者名
      Masuda T.、Okubo S.、Hara H.、Hiraki T.、Kitao S.、Miyamoto Y.、Okai K.、Ozaki R.、Sasao N.、Seto M.、Uetake S.、Yamaguchi A.、Yoda Y.、Yoshimi A.、Yoshimura K.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 88 号: 6 ページ: 063105-063105

    • DOI

      10.1063/1.4989405

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ニュートリノ質量分光へ向けたXe励起実験の現状2019

    • 著者名/発表者名
      今村慧
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Rate amplification of the multi-photon process toward neutrino mass spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      K. Imamura
    • 学会等名
      11th International Conference on Fundamental Physics Using Atoms
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けたXe原子の多光子励起2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤帯子
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ質量分光へ向けたXe励起実験の現状2019

    • 著者名/発表者名
      今村慧他
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けたXe原子の多光子励起2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤帯子他
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ質量分光へ向けたXeガス対向励起実験の開発2018

    • 著者名/発表者名
      今村 慧、吉見彰洋 他
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Neutrino spectroscopy with atoms and laser - toward detection of relic neutrino2017

    • 著者名/発表者名
      吉見 彰洋
    • 学会等名
      International Conference on Light driven Nuclear-Particle physics and Cosmology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nuclear resonant scattering experiment for observation of 229mTh radiative transition2017

    • 著者名/発表者名
      吉見 彰洋
    • 学会等名
      International Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 岡山大学 異分野基礎科学研究所 量子宇宙研究コア

    • URL

      http://www.xqw.okayama-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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