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ニュートリノ質量分光に向けた高次QED過程制御方法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18J22641
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
研究機関岡山大学

研究代表者

岡井 晃一  岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード原子核物理 / 原子核時計 / コヒーレンス / 原子物理 / ニュートリノ / 高次QED過程 / 素粒子実験 / 量子エレクトロニクス
研究実績の概要

当初本研究ではキセノン原子を高次QED過程制御の標的としていたが、他の標的として229トリウム原子核にも着目し、アイソマー状態エネルギー探索の目的が本研究にも合致するものと判断し、研究対象を移行した。
アイソマー状態と基底状態間のエネルギー差は原子核の準位としては特異的に低く8.3eV程度であり、真空紫外レーザーによる励起やコヒーレンス制御の可能性がある。そのためには、アイソマー状態のエネルギーを精密に測定する必要がある。アイソマー状態からの脱励起によって放出される光は150nm程度の波長であり、これは真空紫外光であるため放出光は大気中を伝播することができない。よって、アイソマー状態探索に使用する光学系は真空中に設置する必要がある。また、光学系を構成する素子についても課題がある。なぜなら、真空紫外領域の光を透過することができる媒質が限られていることに加え、純度によっても透過率が変化する。また、表面状態(平滑度や汚染)によっても反射率が変化する。よって、アイソマー状態探索実験の信号領域の感度はこれらの非自明な光学素子特性のために推定が難しい。
そこで真空紫外領域における各光学素子(トリウムドープフッ化カルシウム結晶・ミラー・レンズ等)の特性を実測する装置を開発した。波長選択した光源と光電子増倍管を真空中に設置し、光路上に測定対象の素子を置くという形をとった。波長選択の方法として分光器を使用し、波長の掃引を行うことで透過率・反射率スペクトの測定が可能となったことで、信号感度だけでなくノイズの推定も可能となり、アイソマー探索実験装置全体のS/N比の推定が可能となった。
実際に光学素子の特性評価を行った。現時点では、波長選択ミラーと透過型バンドパスミラーについて詳細な測定を行った。これをもとに、効率的にアイソマー状態探索実験の装置開発が進められると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] ウィーン工科大学(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Absolute X-ray energy measurement using a high-accuracy angle encoder2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Takahiko、Watanabe Tsukasa、Beeks Kjeld、Fujimoto Hiroyuki、Hiraki Takahiro、Kaino Hiroyuki、Kitao Shinji、Miyamoto Yuki、Okai Koichi、Sasao Noboru、Seto Makoto、Schumm Thorsten、Shigekawa Yudai、Tamasaku Kenji、Uetake Satoshi、Yamaguchi Atsushi、Yoda Yoshitaka、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 28 号: 1 ページ: 111-119

    • DOI

      10.1107/s1600577520014526

    • NAID

      120006956810

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 最小の励起エネルギーをもつ原子核状態229mThの人工的生成2020

    • 著者名/発表者名
      平木 貴宏、海野 弘行、増田 孝彦、岡井 晃一、笹尾 登、吉見 彰洋、吉村 浩司、北尾 真司、瀬戸 誠、玉作 賢治、依田 芳卓
    • 雑誌名

      SPring-8/SACLA利用者情報

      巻: 25 ページ: 88-95

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray pumping of the 229Th nuclear clock isomer2019

    • 著者名/発表者名
      T. Masuda, A. Yoshimi, A. Fujieda, H. Fujimoto, H. Haba et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 573 号: 7773 ページ: 238-242

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1542-3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast APD Detector with a Short Tail in the Timing Response for an Experiment Using Synchrotron Radiation X-ray Beam2019

    • 著者名/発表者名
      Masuda Takahiko、Hiraki Takahiro、Kaino Hiroyuki、Kishimoto Shunji、Miyamoto Yuki、Okai Koichi、Okubo Sho、Ozaki Ryota、Sasao Noboru、Suzuki Kenta、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 27 ページ: 012020-012020

    • DOI

      10.7566/jpscp.27.012020

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy response of X-rays under high flux conditions using a thin APD for the energy range of 6?33 keV2019

    • 著者名/発表者名
      Masuda T.、Hiraki T.、Kaino H.、Kishimoto S.、Miyamoto Y.、Okai K.、Okubo S.、Ozaki R.、Sasao N.、Suzuki K.、Uetake S.、Yoshimi A.、Yoshimura K.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 913 ページ: 72-77

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.10.029

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] トリウム229アイソマー状態からの真空紫外光観測に向けたTh:CaF2結晶の光学特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      岡井晃一,他27名
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トリウム229アイソマー準位からの真空紫外光探索実験の現状2020

    • 著者名/発表者名
      平木貴宏,岡井晃一,他25名
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トリウム229原子核異性体からの真空紫外光観測の現状2019

    • 著者名/発表者名
      増田孝彦、岡井晃一、吉村太彦、他27名
    • 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] Development of experimental apparatus for observation of ionization and fluorescence of Xe atoms2019

    • 著者名/発表者名
      K. Okai for the SPAN collaboration
    • 学会等名
      The 11th International Workshop On Fundamental Physics Using Atoms (FPUA)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [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2019

    • 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
    • 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原子に対する巨視的コヒーレンスの生成2018

    • 著者名/発表者名
      岡井晃一
    • 学会等名
      第8回高エネルギー物理春の学校2018
    • 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,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,高江洲義太郎,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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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