研究課題
若手研究
電子の207倍の質量を持つミュオンは，水素原子核を結びつけて核融合を起こす．これはミュオン触媒核融合と呼ばれ，量子散乱理論検証の舞台としても，将来の単色中性子源・エネルギー源としても魅力的である．ミュオン触媒核融合の鍵となるプロセスに，「電子雲中でのミュオン分子共鳴コア」「ミュオン雲中でのヘリウム核共鳴コア」の形成・崩壊過程がある．ここで共鳴コアとは，電子雲中の準安定核のような，軽粒子を纏った小さな準安定量子系を指す．両系は原子・核階層の境界に位置する問題で，量子多体系に普遍の物理を探求する格好の系である．本研究では，四体散乱問題の精密解法を駆使し，これら共鳴コアの形成・崩壊過程を研究する．
負ミュオンが核融合反応を媒介するミュオン触媒核融合は、エキゾティックな原子過程が多く含まれ、量子散乱理論検証の舞台として優れている。本研究では、その中でも、電子雲中の準安定核のような、軽粒子を纏った小さな準安定量子系「共鳴コア」に着目し、その形成・崩壊過程を精密な理論計算から明らかにすることを目的とした。電子雲中でのミュオン分子共鳴コアのエネルギー準位・構造が量子四体計算によって初めて明らかになり、共鳴準位の一部が有限体積効果による不安定化と二原子分子的な結合による安定化の絶妙な拮抗状態にあることが判明した。これらの状態が解離X線スペクトルを通して実験の観測量と結びつくことを示した。
ミュオン触媒核融合は、熱核融合と異なり、高温のプラズマを必要とせず、気体・液体・固体の水素で反応が起こるため、新しいエネルギー・中性子源として期待されている。一方で、原子核と強く結合するミュオンの原子過程は複雑で、特に、本研究で着目した「電子雲中のミュオン分子」のような系は、コアと電子の空間的な大きさが大きく異なり、それらを同時に扱った理論研究は未だ発展途上である。本研究では、これまで定性的に理解されていた複数の量子状態を最新の精密計算によって予言し、これを観測する道を示した。この結果は、ミュオン触媒核融合の新しい反応経路の探索に寄与する。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)
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