マクロコヒーレンスによる電弱過程の人工制御：ニュートリノ質量分光に向けて

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03660
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 植竹 智 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (80514778)
• 研究分担者: 吉村 太彦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (70108447)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: マクロコヒーレント増幅 / ニュートリノ質量

研究実績の概要

ニュートリノ質量分光において，ラダー型対向励起の励起波長を大きくアンバランスにすることにより，ニュートリノの質量様式や宇宙背景ニュートリノ検出に高い感度を持つ実験が可能となることを理論研究により明らかにし，論文として出版した．これに関連して，パラ水素を用いた二光子超放射過程(Paired Super-Radiance, PSR) の詳細を理解する研究も同時に進めた．PSRは本研究課題提案以前にすでに実現できていたが，トリガ光の周波数依存性や，コヒーレンスの大きさと二光子放出レート増幅率の関係など，その詳細についての研究は進んでいなかった．また，従来のPSR実験ではラマン型の同方向励起でコヒーレンスを生成しており，対向励起によるPSRは実現できていなかった．本年度の研究では(1)PSR出力光強度のトリガ光周波数依存性を数値シミュレーションと実験で詳細に比較し，PSR過程の本質を調べる研究; (2)ニュートリノ質量分光に必須の高密度環境を実現する固体パラ水素を用いたPSR実験; (3) ラダー型励起によるコヒーレンス生成およびPSR実験；の3点を進め，それぞれの成果を論文として出版した．
また，前年度から引き続きXe励起用の波長596nmおよび298nmの光源開発を進めた．当初開発を進めていたチタンサファイアレーザーシステムでは十分な出力が得られないことが判明したため，非線形波長変換を用いたシステムに急遽構成を変更した．最終的に生成した596 nmは18 mJ，298 nmは8 mJであり十分な出力が得られた．線幅は250 MHzでありフーリエ限界に近い値が得られ，当初の目標通りの性能を持つ光源開発に成功した．開発した光源を用いてXeを第一励起状態へ励起する実験を進めた．入射光によるXe原子のイオン化を観測し，励起に十分な光強度が得られていることを確認した．

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] Vibrational excitation of hydrogen molecules by two-photon absorption and third-harmonic generation (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Yuki、Hara Hideaki、Hiraki Takahiro、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 51 ページ: 015401～015401
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa9782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency dependence of coherently amplified two-photon emission from hydrogen molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Hara Hideaki、Miyamoto Yuki、Hiraki Takahiro、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 96 ページ: 063827
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.96.063827
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of initial spatial phase in radiative neutrino pair emission (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Minoru、Tsumura Koji、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimura Motohiko
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 ページ: 113005
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.96.113005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational Two-Photon Emission from Coherently Excited Solid Parahydrogen (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Yuki、Hara Hideaki、Masuda Takahiko、Sasao Noboru、Uetake Satoshi、Yoshimi Akihiro、Yoshimura Koji、Yoshimura Motohiko
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 121 ページ: 3943～3951
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.7b02011
  • 査読あり
• [学会発表] ニュートリノ質量分光のためのパラ水素ガスを用いた対向レーザー励起実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平木貴宏, 原秀明, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 笹尾登, 高江洲義太郎, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ニュートリノ質量分光へ向けたXeガス対向励起実験の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今村慧, 原秀明, 平木貴宏, 宮本祐樹, 増田孝彦, 岡井晃一, 笹尾登, 佐藤帯子, 高江洲義太郎, 植竹智, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Coherence Generation by Counter-Propagating Photons Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideaki HARA
  • 学会等名: The 10th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • 国際学会
• [学会発表] A laser system for control of higher-order QED processes using Xe atoms (2018)
  • 著者名/発表者名: Obiko SATO
  • 学会等名: The 10th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
• [学会発表] Study on control of higher-order QED processes using Xe atoms (2018)
  • 著者名/発表者名: Koichi OKAI
  • 学会等名: The 10th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
• [学会発表] 原子を用いたニュートリノ質量分光のための対向レーザー励起実験の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 植竹智, 原秀明, 平木貴宏, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 岡井晃一, 笹尾登, 高江洲義太郎, 田中実, 津村浩二, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 中赤外光を用いたラダー型励起による水素分子振動準位間のコヒーレンス生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原秀明, 平木貴宏, 今村慧, 増田孝彦, 宮本祐樹, 笹尾登, 高江洲義太郎, 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2017年秋季大会
• [学会発表] Coherent Amplification of Two-Photon Emission from Hydrogen Molecules Towards Neutrino Mass Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Hara, for the SPAN collaboration
  • 学会等名: Atomic Physics Gordon Research Conference
  • 国際学会
• [備考] 岡山大学異分野基礎科学研究所量子宇宙研究コアwebページ
  • URL: http://www.xqw.okayama-u.ac.jp