| 研究課題/領域番号 |
22K13980
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山下 琢磨 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (40844965)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | ミュオン / エキゾチックアトム / 共鳴状態 / オージェ遷移 / X線分光 / 量子少数多体計算 / ミュオン分子 / 少数多体系 / 原子分子理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電子の207倍の質量をもつ素粒子「ミュオン」は、水素標的中に入射すると、水素原子の中の電子と入れ替わり、高い励起状態のミュオン水素原子を形成します。ミュオン水素原子は脱励起してやがて基底状態に至ります。近年の実験結果から、脱励起の過程で『電子を纏ったミュオン分子共鳴状態』が形成している可能性が指摘されています。これは、大きな内部エネルギーを持ったクーロン多体擬似核を内包する新しい原子系で、高精度計算によって基礎方程式を解くことによって初めて解明できる量子状態です。本研究では、これまで検討されてこなかった「二原子分子描像」という切り口で、衝突しきい値近傍に存在するこの量子系を研究します。
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| 研究成果の概要 |
素粒子ミュオンは、電子の207倍の質量をもつ素粒子で、本研究では、ミュオンが二つの水素原子核を結合して作る極小の分子の量子状態を明らかにしました。特に、ミュオン分子の共鳴状態（一時的な結合状態）が電子を纏って生成した際の量子状態を理解するため、精密計算を行いました。四粒子系の波動関数を直接求めることで、電子を纏ったミュオン分子が孤立系に比べて収縮することや、ミュオン分子の共鳴状態が発する解離X線に分子固有の特徴的なエネルギー構造が現れることを明らかにしました。この結果は、最新の精密X線分光実験と連動して、ミュオン分子の存在形態に新しい描像を提案する成果となります。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ミュオン分子は二つの核間距離がミュオンの強力な化学結合によって通常の分子の100分の1程度まで短くなっており、分子内で核融合反応を起こすことが知られています。ミュオン触媒核融合と呼ばれるこの現象は、プラズマを必要としない点で特徴的であり、その効率向上にはミュオン分子を含めたダイナミクスの理解が必要になります。本研究で明らかにしたミュオン分子の共鳴状態は、重水素・三重水素混合標的でのミュオン触媒核融合の効率を大きく左右する状態であり、その検出方法や量子的性質が明らかになったことで、今後より精密な設計が可能になると期待されます。
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