原子間コヒーレンスを利用した微弱な高次QED過程の増幅

• 研究課題/領域番号: 17K14363
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 原 秀明 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別契約職員(助教) (70737311)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 原子物理 / 高次QED過程 / 素粒子物理 / コヒーレント過渡現象 / 素粒子実験 / 原子・分子物理 / 量子エレクトロニクス

研究成果の概要

高次QED過程のコヒーレント増幅の実現を目指し、コヒーレント増幅を記述するシミュレーションモデル（Maxwell-Bloch方程式）を構築した。水銀気体標的の場合の数値シミュレーションを行い、実現可能なパルスエネルギーの励起光源を用いた場合に発生するE1×M1二光子放出の信号光強度を見積もった。また、キセノン気体標的の高次二光子励起実験を行った。共鳴イオン化の信号を観測することで励起の確認をし、ポンプ・プローブ法とレート方程式を用いて励起原子数を評価した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで検出のできなかった微弱な遷移が増幅により観測できるようになると、素粒子物理の未解決問題に対する新しい研究可能性が拓かれると考えられる。本研究では、微弱な高次QED過程の増幅に向けて、シミュレーションモデルの構築を行い、さらにキセノン気体の高次二光子励起と励起原子数評価を行った。コヒーレンス生成のための励起と、励起原子数評価が可能になったことは、微弱な高次過程の放射の実現、観測に向けた重要な結果である。

研究成果

• [雑誌論文] Coherent two-photon emission from hydrogen molecules excited by counter-propagating laser pulses (2019)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency dependence of coherently amplified two-photon emission from hydrogen molecules (2017)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational Two-Photon Emission from Coherently Excited Solid Parahydrogen (2017)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational excitation of hydrogen molecules by two-photon absorption and third-harmonic generation (2017)
  • 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
  • 査読あり
• [学会発表] Coherent two-photon emission from hydrogen molecules towards neutrino mass spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Hara, for the SPAN collaboration
  • 学会等名: The 26th International Conference on Atomic Physics (ICAP2018)
  • 国際学会
• [学会発表] ニュートリノ質量分光を目指した気体および固体水素振動準位間の位相共役二光子放出実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本祐樹, 原秀明, 平木貴宏, 今村慧, 増田孝彦, 笹尾登, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 平木貴宏, 原秀明, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 笹尾登, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [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 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤帯子, 増田孝彦, 今村慧, 岡井晃一, 平木貴宏, 原秀明, 宮本祐樹, 笹尾登, 田代基慶, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 平木貴宏, 原秀明, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 笹尾登, 髙江洲義太郎, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けたXeガス対向励起実験の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今村慧, 原秀明, 平木貴宏, 宮本祐樹, 増田孝彦, 岡井晃一, 笹尾登, 佐藤帯子, 髙江洲義太郎, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] Coherent Amplification of Two-Photon Emission from Hydrogen Molecules Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Hara, for the SPAN collaboration
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Atomic Physics, From Quantum Control to Tests of Fundamental Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 中赤外光を用いたラダー型励起による水素分子振動準位間のコヒーレンス生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原秀明, 平木貴宏, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 笹尾登, 髙江洲義太郎, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] Coherence Generation by Counter-Propagating Photons Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Hara, for the SPAN collaboration
  • 学会等名: 10th International Workshop On Fundamental Physics Using Atoms (FPUA)
  • 国際学会
• [学会発表] 原子を用いたニュートリノ質量分光のための対向レーザー励起実験の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 植竹智, 原秀明, 平木貴宏, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 岡井晃一, 笹尾登, 髙江洲義太郎, 田中実, 津村浩二, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会