| 研究課題/領域番号 |
23K22520
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01249 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
宮本 祐樹 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 研究准教授 (00559586)
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| 研究分担者 |
榎本 勝成 富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (50452090)
久間 晋 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (50600045)
岩國 加奈 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (80837047)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | 極低温分子 / パリティ対称性の破れ / カイラル分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我々の究極的な目的は、冷却された気相カイラル分子の内部エネルギーを測定することによりパリティ対称性の破れを測定し、素粒子物理の標準模型を超えた新物理を探索することにあります。現在、極低温に冷却された気体分子は次世代の量子的実験ツールとして注目されている系であり、その多彩な自由度を用いて新物理探索に挑戦する多くの実験が提案されています。本研究では1 Kに冷却した分子を1 kHzを超える精度で分光する装置を開発することにより、その基盤を確立します。
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| 研究実績の概要 |
本研究の究極的な目的は、冷却された気相カイラル分子を用いてパリティの破れを測定し、素粒子物理の標準模型を超えた新物理を探索することである。現在、冷却分子系は次世代の実験ツールとして注目されており、分子の多彩な自由度を新物理探索に用いる様々な実験が提案されている。本研究ではその基盤となるバッファーガス冷却分子源と高精度・高感度分光システムを発展的に結合させる。
これまで、三原子分子である一水酸化カルシウム分子（CaOH）を用いて冷却多原子分子における分光精度の向上とともに、カイラル分子冷却（カイラル分子は最低でも4原子からなる）を見据えた比較的大きな分子の冷却および高精度分光を進めてきた。実際に冷却CaOHのドップラーフリー分光により、10MHz以上の精度に到達し、また分子量500を超えるフタロシアニン分子の高精度分光にも成功した。
2023年度は大型分子冷却の成果を発展させ、中心に金属原子を含むフタロシアニン分子の高精度分光を行うとともに、さらなる精度向上にむけて光周波数コムの開発を行った。金属内包フタロシアニン分子の高精度分光には成功し、予想した通り分子の対称性の違いによりスペクトル形状が大きく異なることを示すことができた。この成果は高精度分光が大型分子においても豊かな分子情報を提供することができることを示しており、分子科学的に重要な成果である。また量子化学計算と高精度分光データを組み合わせることでより多くの情報が引き出せることを（金属を含まない）フタロシアニンの例で示し、論文として発表した。光周波数コムもほぼ完成させることができ、現状のレーザーシステムに組み込むことが今後の課題である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
フタロシアニン分子に加え、金属内包フタロシアニン分子のバッファーガス冷却および高精度分光に成功し、本手法がより広い汎用性を示すことができた一方で、そのスペクトルは複雑であり、解析に多くの時間を費やすことになった。そのこともあって小型分子の精度向上については目立った成果を上げることができず、冷却源の高度化にも着手できなかった。以上から、当初の計画よりやや遅れていると言わざるを得ない。
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度は、引き続き大型分子の高精度分光を進めつつ、小型分子の精度向上に取り組む。大型分子の高精度分光はこれまでフタロシアニン系の分子で成功しているがこれをさらに拡張し、より多くの分子（アミノ酸やポルフィリンなど）を冷却・分光しその実験手法・解析手法を確立する。とくにカイラル性をもつアミノ酸の分光を通してカイラル分子の高精度分光を目指す。現在、ポルフィリンの一種であるテトラフェニルポルフィリンと、カイラル性をもつアミノ酸であるチロシンの高精度分光実験の準備を進めており、2024年度中に成功させたい。スペクトル解析においては量子化学計算との協奏を進める一方で、計算科学的な手法を取り入れて一般的なスペクトル解析手法を模索する。
精度向上については、まず光周波数コムの実装を進めていきたい。すでに光周波数コム自体は研究分担者により完成しており、引き続き現レーザーシステムへの導入を共同して進めていく。その際に現システムの安定化が重要であり、現システムのアップグレードも必要にあると考えている。また冷却分子の高精度分光においては高感度化も重要であり、昨年度に実証した電気光学変調素子を用いた変調分光を実際に小型の冷却分子に適用することで精度・感度の向上をはかる。
その他にも、質量分析器による分子のモニターや分子レンズの導入などにより装置の改良を目指す。個々の要素技術の開発を各研究分担者の研究拠点で行うことでより効率的に研究をすすめ、目標達成に向けて研究を進める。
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