| 研究課題/領域番号 |
18H03715
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
早川 岳人 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (70343944)
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| 研究分担者 |
大垣 英明 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (10335226)
加藤 政博 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 教授 (30185871)
静間 俊行 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (50282299)
Koga James 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (70370393)
全 炳俊 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (80548371)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | デルブリュック散乱 |
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| 研究実績の概要 |
本科研費ではQEDにおける光子・光子相互作用の一つであるデルブリュック散乱の散乱振幅のみを実験的に求め理論計算値と比較する。光子・光子相互作用の反応断面積は極めて小さいが、デルブリュック散乱断面積は他の過程より非常に大きい。しかし、レーリー散乱などの他の弾性散乱との量子力学的な干渉のためデルブリュック散乱のみの振幅を求めることが原理的にできない。研究代表者等は、直線偏光したγ線により特定の角度でデルブリュック散乱の振幅のみを選択的に計測できる条件を理論的に発見している。現在、レーザーコンプトン散乱γ線として利用可能な施設の中で、UVSORの定常運転の電子エネルギーは750MeVであり、約10μmの波長のCO2レーザーを用いることで約1MeVのγ線を生成できる。1.022MeV以下でのみで発生する不確定性関係によって許される仮想的な過程のみを選択的に測定することが可能である。そこで、本年度ではまず1MeVのレーザーコンプトン散乱γ線の生成実験を行った。大出力レーザーを電子蓄積リングに入射し、散乱後に取り出す。入射等の窓でレーザー出力の一部が落とされて破損する可能性がある。そのため、入射口及び取り出し口に専用の2重窓を製作し取り付けた。次に直線偏光かつ最大出力130WのCO2レーザーを導入し、蓄積リングの直線ビームライン上において焦点を合わせて、レーザーコンプトン散乱γ線を生成するための光学系を検討整備した。CO2レーザーの入射実験を行いLaBrシンチレーターで生成したγ線のエネルギースペクトルを計測した。このエネルギースペクトルから生成したγ線のフラックスを評価し、ほぼ理論予測と一致した。最大エネルギーは1MeVを予想通りに下回った。また、GEANT4によるシミュ―レーションを行った。また、合わせて光渦のコンプトン散乱、超新星ニュートリノ等を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、予定通りに大出力のCO2レーザーによるレーザーコンプトン散乱γ線の生成実験を行った。特に電子蓄積リングの入射・取り出し口に2重窓を新規に設置した。最も危惧されていた電子蓄積リングの窓の破損による真空悪化による運転停止が起きないことが確認された。電子蓄積リングは放射光として定常運転している装置なので、万が一に破損した場合には他のユーザーに多大な迷惑をかけることになる。そのため、まず2重窓の信頼性が確認されたことが重要である。また、レーザーコンプトン散乱γ線は広いエネルギー幅を持つが、上限はシャープに決まる。このエネルギーが予定通りに1MeVを僅かに下回っていたので、今後の実験において、デルブリュック散乱のリアルパートによる散乱のみを選択的に計測できるので重要である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、最大エネルギー1MeVのレーザーコンプトン散乱γ線を生成し、ターゲットに照射した後に散乱γ線を計測する散乱実験を開始する。γ線実験においては、加速器からの制動放射によるバックグランドが予想されるので、遮蔽・コリメーターを調整して実験を行う。デルブリュック散乱は断面積が小さいので、実験システムの調整としてはコンプトン散乱を用いる。そのため、散乱γ線の計測のためのLaBrシンチレーターの整備等をすすめる。合わせて、QEDの非線形効果・光渦の量子論的な取扱いについて議論をすすめる。
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