| 研究課題/領域番号 |
23K22524
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01253 (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 | 東京大学 (2022, 2024)
福岡大学 (2023) |
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研究代表者 |
中山 和之 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任助教 (80602721)
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| 研究分担者 |
大野 誠吾 東北大学, 理学研究科, 助教 (70435634)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 |
15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
2024年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | 光物性 / 重力現象 / 量子エレクトロニクス / 人工ブラックホール / テラヘルツ / 量子光学 / メタマテリアル / 重力 / ゲージ場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
テラヘルツ光流体と呼ばれる量子流体を用いて、特異な時空構造を持つ物理系の研究開拓を行う。疑似ゲージ場や人工ブラックホールを生成し、ゲージ場、ブラックホールに特有な分散構造により生じる基礎物性を解明する。さらにテラヘルツ時間領域分光法を用いて、光流体の基本特性や励起状態の性質を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本研究は実験的検証の難しいブラックホール(BH)を物性実験で擬似的に発生させることでBHの性質を研究する実験手法の確立を目指したものである。具体的には、テラヘルツ領域の非線型光学過程を利用し、光流体と呼ばれる量子流体を用いることで二次元相似BHおよび人工ゲージ場を生成し、BHの特異な時空構造で生じる分散構造の基礎特性を明らかにする。
計画初年度では、テラヘルツ領域における光流体の生成に必要な位相構造を持つ光渦の制御・計測法の調査を実験的及び数値的に取り組んだ。光流体の発生には、可視光領域の光波面の計測と制御が重要である。そこでまずモード同期Tiサファイアレーザーを用いた時間分解計測系の構築に注力した。カーレンズモード同期を利用した標準的なパルスレーザーシステムと、光波面の時間発展を光ディレイラインと自動ステージコントローラーによって計測するシステムを設計・構築した。相似BHと人工ゲージ場の発生に適した光の波面を数値計算によって解析し、空間位相変調器を用いた光計測系を用いて調査を行った。理論的・数値的な検討結果を「第2回 時空間光工学研究会」で発表し、テラヘルツ領域で光流体を発生させる諸条件を見出した。
本年度整備した計測系による実験結果と数値的な解析結果を用いて、光渦を持つ可視光を用いたテラヘルツ光発生を目指す。テラヘルツイメージングを応用することで人工ゲージ場の生成・可視化に展開する予定である。
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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
本年度当初の予定では事前準備・理論的検討、光波面の制御と光学的計測法の調査と実験装置の構築を行う予定であった。そこでモード同期Tiサファイアレーザーを用いた時間分解計測系の構築をすすめた。しかしながらコロナウイルスによるパンデミックの影響に伴い、工場の稼働率低下等による発注元の納期延期により、予定していた自動ステージコントローラーが年度内に納品されないことが判明した。研究遂行上、光波面の時間発展の解析が不可欠なため、自動ステージコントローラーの納品を待ち、光学計測装置の構築計画を5ヶ月延期して実施する必要が生じた。次年度に、実験装置の供給体制が持ち直し自動ステージコントローラーを納品が完了した。当初計画より遅れているが計測系の改善を早急にすすめ、光渦を持つ可視光を用いたテラヘルツ光発生の実験準備をすすめる。
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| 今後の研究の推進方策 |
テラヘルツ領域において光流体を用いた実験例は極めて少ない。テラヘルツ光は可視光に比べ基準波長が大きいため、サンプルの作成・構造計測においてスケールメリットが極めて高い。それだけでなくテラヘルツ光は振幅と位相情報を時間分解した上で同時測定が可能なテラヘルツ時間領域分光法といった強力な測定手段を持っている。これらの特徴を活かして相似BH、人工ゲージ場を研究する実験分野の確立を目指す。今後は、有機非線形光学結晶DASTを用いた差周波発生によるテラヘルツ光流体の発生をすすめる。DASTの結晶長を変えることで相互作用時間を制御し、光流体の波面の時間発展を研究する実験を計画している。
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