2020 年度研究成果報告書

高強度レーザー場と高輝度X線を用いた真空の巨視的構造の探索

研究課題

PDF

研究課題/領域番号	17H02879
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関	大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
研究代表者	山崎高幸大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (40632360)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	素粒子実験 / X線 / 高性能レーザー
研究成果の概要	SACLAのXFELと同期する大強度レーザー（0.6TW）を約2μmまで集光することにより生成した5×10^18 W/cm^2の高強度電磁場（磁場にして15,000T相当）を用いて真空を励起し、マクロな屈折率変化をXFELをプローブとして探索した。これは従来数テスラ程度の磁石を用いて行われてきた実験とは全く異なる手法である。2019年のビームタイムにおいて、高強度レーザーを波面補償光学系を用いて回折限界近くまで集光し、Si製ビームシェイパーを用いて角度発散の増加を抑制しながらXFELを集光したプロトタイプ実験を行い、真空回折実験として量子電磁力学の予想にあと18桁まで迫る世界初の結果を得た。
自由記述の分野	ミュオン科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究は、LHC実験におけるヒッグス粒子の発見が単なる新粒子の発見ではなく真空の内部に潜むスカラー場を初めて実証したものであることに着目し、高強度電磁場によって真空を励起することにより真空内部を探るものである。同様の実験は従来、磁石を用いて行われてきたが、本研究では近年発達が目覚ましい大強度レーザーを用いるこで磁石よりはるかに協力な電磁場を発生させ、それと同期する高輝度X線自由電子レーザー（XFEL）という小さな構造を探るのに適したプローブを用いる全く新たな実験手法を確立した。これは今後SACLAの500TWレーザーや世界の大強度レーザー施設における同種の実験への先鞭をつける成果である。