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物理定数恒常性測定の飛躍的精度向上に向けた、原子核のレーザー励起の実現

公募研究

研究領域なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 -
研究課題/領域番号 18H04353
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関岡山大学

研究代表者

増田 孝彦  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任准教授 (90733543)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワードトリウム229 / 基礎物理定数 / 原子核時計 / ダークエネルギー / 物理定数恒常性 / 宇宙膨張 / 微細構造定数 / 核共鳴散乱
研究実績の概要

加速宇宙の謎に関わる可能性のある微細構造定数恒常性の測定感度を大幅に改善すると期待されるのがトリウム229原子核の極低エネルギー(通称アイソマー準位と呼ばれる)である。ダークエネルギー等の加速宇宙を説明しうる未知の物理が存在すれば、基底準位とアイソマー準位間のエネルギー差を高精度に長期間測定することで、その時間変化を確認することができれば、ダークエネルギーに対してパラメータの制限をつけられると期待されている。
今年度の主な取り組みとしては、昨年度に成功させた核共鳴散乱による核異性体生成を用いて、複数回の真空紫外光探索実験を行なった。実験にはトリウム229をドープしたCaF2結晶を試料として用いている。結晶にX線ビームを照射し、そこからの発光を光電子増倍管で観測した。実験の結果、トリウムをドープしたCaF2結晶からは、通常のCaF2結晶よりも多くの蛍光が観測されたため、その蛍光の波長成分や時間応答、結晶の温度依存性などの詳細評価を行なった。余分な蛍光成分は信号観測にとって背景事象となるため、その削減に取り組んだ。具体的には光電子増倍管のマウント方法やCaF2結晶の移動機構・光学フィルタ配置の最適化・温度調整機構の導入など実験装置の改良、最適化を進めた。
本研究期間ではまだ真空紫外光の観測には至っていないが、実験感度を最適化するための各種基礎データを(特に背景事象の実データを様々な条件下で)取得することができた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] TU Wien(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] TU Wien(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Fast APD Detector with a Short Tail in the Timing Response for an Experiment Using Synchrotron Radiation X-ray Beam2019

    • 著者名/発表者名
      Masuda Takahiko、Hiraki Takahiro、Kaino Hiroyuki、Kishimoto Shunji、Miyamoto Yuki、Okai Koichi、Okubo Sho、Ozaki Ryota、Sasao Noboru、Suzuki Kenta、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 27 ページ: 012020-012020

    • DOI

      10.7566/jpscp.27.012020

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] X-ray pumping of the 229Th nuclear clock isomer2019

    • 著者名/発表者名
      T. Masuda, A. Yoshimi, A. Fujieda, H. Fujimoto, H. Haba et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 573 号: 7773 ページ: 238-242

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1542-3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy response of X-rays under high flux conditions using a thin APD for the energy range of 6?33 keV2019

    • 著者名/発表者名
      Masuda T.、Hiraki T.、Kaino H.、Kishimoto S.、Miyamoto Y.、Okai K.、Okubo S.、Ozaki R.、Sasao N.、Suzuki K.、Uetake S.、Yoshimi A.、Yoshimura K.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 913 ページ: 72-77

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.10.029

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 放射光で探るレーザー光による超精密原子核制の可能性:229Th極低核励起準位2018

    • 著者名/発表者名
      吉見彰洋、笠松良崇、北尾真司、瀬戸誠、増田孝彦、山口敦史、依田芳卓、吉村浩司
    • 雑誌名

      放射光

      巻: 31 ページ: 305-314

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] トリウム229原子核異性体からの真空紫外光分光に向けた取り組み2020

    • 著者名/発表者名
      増田孝彦
    • 学会等名
      第3回若手放談会:エキゾチック核物理の将来
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トリウム229原子核異性体からの真空紫外光観測の現状2019

    • 著者名/発表者名
      増田孝彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] X-ray pumping of the 229Th nuclear clock isomer2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Masuda
    • 学会等名
      The CFP Colloquium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Active pumping of the isomeric state of 229Th nucleus towards a nuclear clock2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Masuda
    • 学会等名
      Cosmic acceleration conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] X-ray pumping of the nuclear-clock isomer 229Th2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Masuda
    • 学会等名
      The 11th international workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Realization of the active pumping of thorium-229 isomeric state2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Masuda
    • 学会等名
      “Cosmic acceleration” symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 核共鳴散乱を用いたトリウム229アイソマー準位への能動的遷移2019

    • 著者名/発表者名
      海野弘行
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トリウム-229 の原子核時計遷移分光2019

    • 著者名/発表者名
      吉見彰洋
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Search for the lowest-energy nuclear isomeric state of Th-229 toward a “nuclear clock”2019

    • 著者名/発表者名
      平木貴宏
    • 学会等名
      核化学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A search for the low-energy 229Th nuclear isometric transition using an “optical” pumping technique at 29-keV2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uetake
    • 学会等名
      International coference on atomic physics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トリウム229の極低エネルギー原子核時計遷移の探索 II2018

    • 著者名/発表者名
      植竹智
    • 学会等名
      日本物理学会2018秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Search for the ultra-low energy isomer state of thorium-229 nuclei2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Masuda
    • 学会等名
      5th Joint Meeting of the Division of Nuclear Physics of the APS and the JPS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fast APD detector with a short tail in the timing response for an experiment using synchrotron radiation X-ray beam2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Masuda
    • 学会等名
      5th International Workshop on New Photon-Detectors
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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