| 研究課題/領域番号 |
24K06990
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
瀬戸 慧大 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 敦賀事業本部 敦賀総合研究開発センター, 研究副主幹 (80725763)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2026年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 非線形量子電磁力学 / プラズマ輸送 / 高強度レーザー / レーザープラズマ / 相対論的プラズマ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高強度電磁場環境にある電子・陽電子・光子からなる系の集団現象は、プラズマ物理学と非線形量子電磁力学(QED)の融合で、はじめて議論できる。高強度レーザーパルスを集光することで、このような環境を実験室内に実現できるようになった。理論的には粒子集団を輸送方程式で表現することになるが、従来法は古典論的輸送方程式の衝突項に非線形QEDによる散乱断面積を代入したに過ぎず、その理論的正当性は不明であった。そこで非線形QEDという第一原理から出発して、衝突断面積と輸送方程式を一度に矛盾なく定式化する手法を提唱し、非線形QEDとプラズマ理論の融合、すなわち、非線形QEDプラズマの輸送方程式の定式化を目指す。
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| 研究実績の概要 |
高強度電磁場環境にある電子・陽電子・光子からなる系の集団現象は、プラズマ物理学と非線形量子電磁力学(QED)の融合で、はじめて議論できる。高強度レーザーパルスを集光することで、このような環境を実験室内に実現できるようになった。理論的には粒子集団を輸送方程式で表現することになるが、従来法は古典論的輸送方程式の衝突項に非線形QEDによる散乱断面積を代入したに過ぎず、その理論的正当性は不明であった。一般にLorentz力が荷電粒子の運動を駆動するが、量子場の理論の視点では外力という概念が議論されず、光子と電子の相互作用がどのように輸送方程式内のLorentz力を含む項を構成するかは自明ではない。このような疑問に解答を与えるため、非線形QEDという第一原理から出発して、衝突断面積と輸送方程式を一度に矛盾なく定式化する手法を提唱し、非線形QEDとプラズマ理論の融合、すなわち、非線形QEDプラズマの輸送方程式の定式化を目指す。
本年度は一連の研究におけるプロトタイプとして、非線形スカラーQED粒子についての輸送模型研究を行った。これはスピンのない電子・陽電子プラズマを意味する。高強度レーザー電磁場をコヒーレント状態で取り扱うことで、荷電スカラー場のWigner関数が輸送方程式を構成し、Lorentz力に相当する因子をその式中に見出すことができた。この輸送方程式に対して非線形QEDでよく利用されるlocally constant field approximationという近似を適用することで、よく知られた古典論的・相対論的な輸送方程式に漸近できることを確認できた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
課題であった外部レーザー電磁場、あるいはLorentz力をどのように量子場の理論から輸送模型の中に導入するかという問題は、電磁場のコヒーレント状態を利用することで解決できた。これをスピノル場に拡張することは難しい問題ではなく、電子・陽電子のスピンの効果を含む輸送方程式を得ることができる見込みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
現段階では、非線形スカラーQED粒子の輸送方程式の衝突項をわかりやすい形式にまとめ上げられてない。導出できた輸送方程式の衝突項は相互作用Lagrangian密度を含んでいる。これを崩壊率、または衝突断面積を代入できる形式に書き換えねば、実際の問題に応用できない。これに関する理論解析を実施予定である。この際に非線形QEDで利用されるFurry描像の応用を計画している。
また、上記をスピノル場・ベクトル場に拡張し、非線形QEDに登場するすべての粒子に対する輸送方程式を導出する。
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