重イオンを用いた新奇光子ビーム生成機構の検証実験

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02136
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 上垣外 修一 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 部長 (00260191)
• 研究分担者: 金井 保之 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別嘱託研究員 (00177487) ; 中川 孝秀 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, チームリーダー (00360602) ; 笹尾 登 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任教授 (10115850) ; 市川 雄一 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (20532089) [辞退] ; 吉見 彰洋 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40333314) ; 長友 傑 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任技師 (60418621)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 重イオンビーム / コヒーランス / シンクロトロン放射 / レーザー / 4Dエミッタンス

研究実績の概要

2020-2021年度においては、以下の研究を行った。まず実験面においては、エミッタンス測定器を改良した。イオンビームの横方向ドップラー効果を制御する為に、その横方向の運動量のより精密な測定が必須である。そこで、横運動量の精密測定が可能な小型ペッパーポット型エミッタンス測定器を再設計した。1.0 mm間隔の格子状に、1365個の穴（直径0.1 mm）を穿孔した金属箔（0.05mm厚）を製作し、ビームパイプ内の超高真空中でその箔を動かす駆動機構を完成させた。ビームを用いた測定精度の試験を計画している。
次に理論面では光渦の研究を継続した。可視光を含む電磁波はスピン角運動量を有するが、これと共に軌道角運動量を持つことも可能である。こうした光は等位相面が渦状になることから、光渦とも呼ばれる。光渦は、基礎物理のみならず多彩な応用に対して有用な研究手段を提供することから、注目が集まるようになった。2020-2021年度においては、生成方法が未確立であるガンマ線領域の光渦を生成する方法を研究した。具体的には、2020年においては、高エネルギーに加速された水素様イオンに対し、軌道角運動量を有する可視光レーザーを照射することによって光渦ガンマ線を生成する方法を提案し、相対論計算によりその強度などを示した(発表論文参照)。また2021年においては、高エネルギーに加速されたヘリウム様イオン(例えばKrあるいはXe)に対し、二本のレーザー(軌道角運動量を持たない)を照射することにより光渦ガンマ線を生成する方法を提案した(arXiv:2203.06988v1 [hep-ph]14 Mar 2022)。この方法はCERNにおいて計画されているガンマ線工場プロジェクトにおいて実現できる可能性を持つ。
今後は特に実験面で当初の目標を実現するために引き続き努力する。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Alternative method of generating gamma rays with orbital angular momentum (2021)
  • 著者名/発表者名: Minoru Tanaka, Noboru Sasao
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics E 巻: 30 ページ: 2150040
  • DOI: 10.1142/S0218301321500403
  • 査読あり
• [学会発表] 軌道角運動量をもつガンマ線の新たな生成法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 笹尾登
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会