マクロコヒーラント増幅機構を用いたニュートリノ対生成の検出

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 原子が切り拓く極限量子の世界ー素粒子的宇宙像の確立を目指してー
• 研究課題/領域番号: 21104002
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 笹尾 登 岡山大学, 極限量子研究コア, 特任教授 (10115850)
• 研究分担者: 桂川 眞幸 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (10251711) ; 若林 知成 近畿大学, 理工学部, 教授 (30273428) ; 福見 敦 川崎医療短期大学, 放射線技術科, 講師 (40426656) ; 吉村 太彦 岡山大学, 理学部, 教授 (70108447) ; 田中 実 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (70273729)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ニュートリノ質量 / マヨラナ粒子 / マクロコヒーランス / 超放射

研究実績の概要

本研究の最終目標は新原理「マクロコヒーラント増幅機構」を用い、原子からのニュートリノ対放射を観測することにある。世界初の原子ニュートリノ対検出を行い、質量絶対値の決定、質量様式（マヨラナvsディラック）の確定、ＣＰ位相の測定など未確定ニュートリノパラメータの決定を展望している。

本年度においては、次に記す研究目標の下に実験を継続した。即ち、1) コヒーランスの高い高性能レーザーシステムを用いパラ水素ガス標的よりの二光子対超放射の実験を行い、この過程の発見に努める。2) ゼノン原子を用いたニュートリノ放射に関する基礎実験を進める。3) ヘリウム原子の競合カスケード超放射実験を進め、現象を説明する模型や理論を構築する。

この結果、1)については、水素分子振動励起状態(v=1)からの二光子対超放射実験を実施し、コヒーラント二光子カスケード過程の観測に成功した。自然放射の二光子過程に比較し、15桁以上の高い頻度で起っていることが判明している。この結果「マクロコヒーラント増幅機構」の根幹部が実験的検証されたと言えよう。2)に関しては、ゼノン原子の準安定状態を生成することに成功した。3)については、極端紫外自由電子レーザー光による励起ヘリウム原子からの競合超放射実験を実施し、競合過程の観測に成功した。この結果、旧来の理論では説明不可能な現象が存在することが判明し、これを説明する理論の構築を行った。以上多くの成果が得られたが、この中でも「マクロコヒーラント増幅機構」の根幹部を実証したことは格段の成果であり、今後のニュートリノ質量分光に取り大きな礎となった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of coherent two-photon emission from the first vibrationally excited state of hydrogen molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyamoto, H. Hara, S. Kuma, T. Masuda, I. Nakano, C. Ohae, N. Sasao, M Tanaka, S. Uetake, A. Yoshimi, K. Yoshimura and M. Yoshimura
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys. 巻: 2014 ページ: 113C01 （1-12）
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu152
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 原子を用いたニュートリノ質量分光―その現状と将来の展望― (2014)
  • 著者名/発表者名: 植竹智、吉村太彦、吉村浩司、笹尾登
  • 雑誌名: 高エネルギーニュース 巻: 33 ページ: 99-107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Low-Lying Electronic States in Bismuth Trimer Bi3 as Revealed by Laser Induced NIR Emission Spectroscopy in Solid Ne (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Wakabayashi, Y.Wada, K.Nakajima, Y.Morisawa, S.Kuma, Y.Miyamoto, N.Sasao, M.Yoshimura, T.Sato, K.Kawaguchi
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.A 巻: 119 ページ: 2644-2650
  • DOI: 10.1021/jp509714f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Parity violating radiative emission of neutrino pairs in heavy alkaline earth atoms of even isotopes (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshimura, N. Sasao, and S. Uetake
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 90 ページ: 013022(1-12)
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.90.013022
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two-photon paired solitons supported by medium polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshimura and N. Sasao
  • 雑誌名: Prog. Theor. Exp. Phys. 巻: 2014 ページ: 073B02(1-14)
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu094
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Radiative emission of neutrino pair from nucleus and inner core electrons in heavy atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshimura and N. Sasao
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 89 ページ: 053013（1-8）
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.89.053013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Iodine molecule for neutrino mass spectroscopy: ab initio calculation of spectral rate (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tashiro, M. Ehara, S. Kuma, Y. Miyamoto, N. Sasao, S. Uetake, M. Yoshimura
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2014 ページ: 013B02(1-21)
  • DOI: 10.1093/ptep/ptt118
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Production of Ba Metastable State via Super-Radiance (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Ohae, A. Fukumi, S. Kuma, Y. Miyamoto, K. Nakajima, I. Nakano, H. Nanjo, N. Sasao, S. Uetake, T. Wakabayashi, A. Yoshimi, K. Yoshimura, M. Yoshimura
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 044301(1-9)
  • DOI: 10.75666/JPSJ.83.044301
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 4.8 μm difference-frequency generation using a waveguide-PPLN crystal and its application to mid-infrared Lamb-dip spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kuma, Y. Miyamoto, K. Tsutsumi, N. Sasao, and S. Uetake
  • 雑誌名: Opt. Lett. 巻: 38 ページ: 2825-2828
  • DOI: 10.1364/OL.38.002825
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thorium isomer for radiative emission of neutrino pair (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Sasao, S.Uetake, A.Yoshimi, K.Yoshimura, and M.Yoshimura
  • 雑誌名: arXiv 巻: 2013 ページ: 1310.7341 （1-6）
  • DOI: arXiv:1310.7341
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherent phonon induced optical modulation in semiconductors at terahertz frequencies (2013)
  • 著者名/発表者名: Muneaki Hase, Masayuki Katsuragawa, Anca Monia Constantinescu, and Hrvoje Petek
  • 雑誌名: New Journal of Physics, 巻: 15 ページ: 055018 （1-16）
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/5/055018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Towards neutrino mass spectroscopy using atoms : theoretical aspects (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshimura
  • 学会等名: the Fourth Users Meeting of the Spanish Pulsed Lasers Center
  • 発表場所: Salamanca （Spain)
  • 年月日: 2014-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Towards neutrino mass spectroscopy using atoms : experimental aspects (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi
  • 学会等名: the Fourth Users Meeting of the Spanish Pulsed Lasers Center
  • 発表場所: Salamanca （Spain)
  • 年月日: 2014-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Rate amplification of the two photon emission from para-hydrogen toward the neutrino mass measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Masuda
  • 学会等名: TCP2014, 6th International Conference on Trapped Charged Particle and Fundamental Physics
  • 発表場所: Sunport Hall Takamatsu Kagawa International Conference Hall (Takamatsu, Kagawa)
  • 年月日: 2014-12-01
• [学会発表] 任意にデザイン可能なコヒーレント光源 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桂川眞幸、Jian Zheng、吉井一倫、伊藤公人
  • 学会等名: 電子情報通信学会、シンポジウム“光通信・光情報処理における光波計測・制御技術の進展”
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 三量体ビスマスの近赤外発光スペクトル (2014)
  • 著者名/発表者名: 若林知成、和田資子、宮本祐樹、久間 晋、笹尾 登、川口健太郎
  • 学会等名: 第８回分子科学討論会
  • 発表場所: 広島大学（広島県東広島市）
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けた、トリウム229アイソマー極低エネルギー準位の探索II (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉村浩司，原秀明，小林康浩，小無健司，増田孝彦，増田亮，宮本祐樹，中野逸夫，笹尾登，瀬戸誠，植竹智，山口敦史，依田芳卓，吉見彰洋，吉村太彦，渡部信
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けたマクロコヒーレンス生成方法の実証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 増田孝彦，原秀明，桂川眞幸，久間晋，宮本祐樹，中野逸夫，大饗千彰，笹尾登，田中実，堤康輔，植竹智，吉見彰洋，吉村浩司，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] コヒーレント二光子放出観測によるマクロコヒーレント増幅機構の実証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植竹智，原秀明，桂川眞幸，久間晋，増田孝彦，宮本祐樹，中野逸夫，大饗千彰，笹尾登，田中実，堤康輔，吉見彰洋，吉村浩司，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けた Xe 原子のコヒーレント現象に関する基礎実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉見彰洋，植竹智，大饗千彰，久間晋，笹尾登，田中実，堤康輔，中野逸夫，原秀明，増田孝彦，宮本祐樹，吉村浩司，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学本庄キャンパス（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] 水素分子振動準位間のコヒーレント2光子放出I (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮本祐樹，原秀明，桂川眞幸，久間晋，増田孝彦，中野逸夫，大饗千彰，笹尾登，田中実，堤康輔，植竹智，吉見彰洋，吉村浩司，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] 水素分子振動準位間のコヒーレント2光子放出II (2014)
  • 著者名/発表者名: 原秀明，桂川眞幸，久間晋，増田孝彦，宮本祐樹，中野逸夫，大饗千彰，笹尾登，田中実，堤康輔，植竹智，吉見彰洋，吉村浩司，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] Spectroscopy of linear polyyne molecules and bismuth clusters (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Wakabayashi
  • 学会等名: 2nd Chemistry and Physics at Low Temperatures (CPLT2014)
  • 発表場所: スーズダリ（ロシア）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Attractive natures in a set of a highly discrete coherent spectrum (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Katsuragawa
  • 学会等名: The 8th INTERNATIONAL CONFERENCE ON PHOTONICS & APPLICATIONS (ICPA-8)
  • 発表場所: Da Nang city（Vietnam）
  • 年月日: 2014-08-12 – 2014-08-16
  • 招待講演
• [学会発表] Neutrino spectroscopy with atoms and molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Masuda
  • 学会等名: ICAP, The 24th International Conference on Atomic Physics
  • 発表場所: Washington DC （USA)
  • 年月日: 2014-08-05
• [学会発表] Observation of Paired Superradiance (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Uetake
  • 学会等名: ICAP, The 24th International Conference on Atomic Physics
  • 発表場所: Washington DC （USA)
  • 年月日: 2014-08-04
• [学会発表] A search for ultra-low energy nuclear isomer state of Thorium-229- New method using synchrotron radiation X-ray source― (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimura
  • 学会等名: ICAP, The 24th International Conference on Atomic Physics
  • 発表場所: Washington DC (USA)
  • 年月日: 2014-08-04
• [学会発表] 離散性の高いコヒーレントスペクトル群に現れる興味深い光学特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桂川眞幸、吉井一倫、Jian Zheng
  • 学会等名: 強光子場科学研究懇談会、平成26年度第3回懇談会
  • 発表場所: 電気通信大学（東京都調布市）
  • 年月日: 2014-07-19
  • 招待講演
• [学会発表] ニュートリノ質量分光に向けたトリウム229アイソマー極低エネルギー準位の探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉村浩司，植竹智，笹尾登，山口敦史，吉見彰洋，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] 原子ニュートリノ分光に向けた対超放射ダイナミクスの研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中実，笹尾登，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] マクロコヒーラント増幅機構の検証に向けた水素分子二光子対超放射実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久間晋，宮本祐樹，植竹智，大饗千彰，桂川眞幸，川口建太郎，笹尾登，田中実，唐健，堤康輔，中嶋享，中野逸夫，南條創，福見敦，吉見彰洋，吉村浩司，吉村太彦，若林知成
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] Search for ultra-low nuclear energy level of Thorium-229 isomer-Towards laser excitation of nucleus- (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Yoshimura
  • 学会等名: FPUA2014, 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 発表場所: 日本科学未来館 （東京都江東区）
  • 年月日: 2014-03-14 – 2014-03-15
• [学会発表] Spectroscopic studies for production of Macro-coherence in metastable Xe (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Yoshimi
  • 学会等名: FPUA2014, 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 発表場所: 日本科学未来館 （東京都江東区）
  • 年月日: 2014-03-14 – 2014-03-15
• [学会発表] Dressed-State Approach to the Excitation of He atoms by Intense EUV Laser Followed by Superradiance (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Wakabayashi, K. Nakajima, H. Iwayama, S. Kuma, Y. Miyamoto, M. Nagasono, I. Nakano, N. Sasao, E. Shigemasa, T. Togashi, S. Uetake, A. Yoshimi, K. Kawaguchi, M. Yoshimura
  • 学会等名: FPUA2014, 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 発表場所: 日本科学未来館 （東京都江東区）
  • 年月日: 2014-03-14 – 2014-03-15
• [学会発表] Dynamics of paired superradiance in a coherent Raman medium (2014)
  • 著者名/発表者名: Minoru Tanaka
  • 学会等名: FPUA2014, 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 発表場所: 日本科学未来館 （東京都江東区）
  • 年月日: 2014-03-14 – 2014-03-15
• [学会発表] Paired super-radiance (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uetake
  • 学会等名: FPUA2014, 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 発表場所: 日本科学未来館 （東京都江東区）
  • 年月日: 2014-03-14
• [学会発表] Neutrino Spectroscopy with atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: Noboru Sasao
  • 学会等名: FPUA2014, 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 発表場所: 日本科学未来館 （東京都江東区）
  • 年月日: 2014-03-14
• [学会発表] 二周波数可変ナノ秒注入同期レーザーとその利用、Ｂ レーザー装置 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野愉人、小泉健太郎、森田宇亮、佐藤智信、阿部浩二、桂川眞幸
  • 学会等名: 第34回レーザー学会年次大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県小倉市）
  • 年月日: 2014-01-20 – 2014-01-22
  • 招待講演
• [学会発表] Attractive natures in a set of a highly-discrete coherent spectrum (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Katsuragawa
  • 学会等名: 44-th Winter Colloquium on the Physics of Quantum Electronics, PQE-2014
  • 発表場所: Snowbird, Salt Lake City, Utah, USA
  • 年月日: 2014-01-05 – 2014-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] ポリイン分子の禁制遷移とビスマス分子の近赤外発光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若林知成
  • 学会等名: 第２回分光イノベーション研究会
  • 発表場所: 大阪大学Σホール（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2013-11-21 – 2013-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] Near infrared emission spectra of bismuth trimer in solid neon at 3 K (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Wakabayashi, M. Tomioka, Y. Wada, K. Nakajima, Y. Morisawa
  • 学会等名: 7th Japan-Russian International Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 2013-11-17 – 2013-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] ヘリウム原子の多準位系における超放射の測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 享、岩山洋士、久間 晋、宮本祐樹、永園 充、中野逸夫、笹尾 登、繁政英治、冨樫格、植竹 智、若林知成、吉見彰洋、吉村太彦
  • 学会等名: 第７回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府京都市）
  • 年月日: 2013-09-24 – 2013-09-27
• [学会発表] マクロコヒーレンス生成に向けた Xe 準安定状態に関する分光実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉見彰洋，笹尾登，植竹智，久間晋，中嶋享，大饗千彰，宮本祐樹，川口建太郎，堤康輔，唐健，福見敦，田中実，中野逸夫，若林知成，吉村浩司，吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 高知大学朝倉キャンパス（高知県高知市）
  • 年月日: 2013-09-20
• [学会発表] NIR emission spectra of bismuth molecules embedded in solid neon matix (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Wakabayashi, M. Tomioka, K. Nakajima, S. Kuma, S. Sasao, H. Nanjo, Y. Miyamoto, K. Kawaguchi
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS7)
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2013-08-25 – 2013-08-30
• [学会発表] Near infrared spectra of molecular bismuth in solid neon (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Wakabayashi, M. Tomioka, K. Nakajima, S. Kuma, S. Sasao, Y. Miyamoto, K. Kawaguch
  • 学会等名: 1st Chemistry and Physics at Low Temperatures (CPLT2013)
  • 発表場所: ユバスキュラ （フィンランド）
  • 年月日: 2013-07-14 – 2013-07-19
• [学会発表] ESR spectra of N@C60 and N@C70 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Wakabayashi, T. Kanemoto, R. Imamura
  • 学会等名: 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science and Technology 2013 (AWEST2013)
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 2013-06-16 – 2013-06-18
• [備考] 新学術領域研究 原子が切り拓く極限量子の世界ホームページ
  • URL: http://xqw.hep.okayama-u.ac.jp/kakenhi/