直線偏光ガンマ線のデルブリュック散乱

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03715
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 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)
• 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, 特任教授 (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) ; 川瀬 啓悟 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, 主幹研究員(定常) (60455277) ; 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, 専門業務員(任常) (70370393) ; 全 炳俊 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (80548371)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 光子光子相互作用 / デルブリュック散乱

研究実績の概要

量子電磁力学（QED）は光子光子の相互作用を予言している。最近、CERNの鉛鉛衝突実験において、(仮想)光子光子の散乱を初めて測定したが統計が少ない。光子光子散乱の一つに、γ線が原子核のクーロン場において仮想電子陽電子の対生成を行い直ちに対消滅して入射エネルギーにほぼ等しいγ線を再度生成するデルブリュック散乱がある。デルブリュック散乱の反応断面積は他の光子光子相互作用と比較して何桁も大きいために実験が行われてきた。しかし、従来の実験ではレーリー散乱、原子核トムソン散乱等の弾性散乱が量子論的に干渉するため、デルブリュック散乱の振幅のみを計測できない。そこで、直線偏光のγ線を用いて特定の角度で選択的に計測する手法を提案した。放射光施設UVSOR-IIIの電子蓄積リング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のレーザーコンプトン散乱(LCS)γ線を生成できる。1.022MeV以下でのみで発生す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、CO2レーザーでLCSγ線を生成し、ターゲットからの散乱γ線を計測した。GEANT4のシミュレーション計算を行った。バックグランドを評価した。バックグランドとして、大気の小角のコンプトン散乱、電子蓄積リングの750MeVの電子からの制動放射が主要な原因であることが判明した。UVSORは超高真空であり又、通常の放射光施設では光等をミラーを用いて外部に取り出すため制動放射は計測されない。しかし、LCSγ線では問題になる。そこで、波長1μmのパルスレーザーを用いてパルス化試験を行いバックグランドの提言を確認した。さらに、5MeVと10MeVのデルブリュック散乱の計測が有効な角度、ターゲット依存性を計算した。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。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Three-Dimensional Nondestructive Isotope-Selective Tomographic Imaging of 208Pb Distribution via Nuclear Resonance Fluorescence (2021)
  • 著者名/発表者名: Ali Khaled、Zen Heishun、Ohgaki Hideaki、Kii Toshiteru、Hayakawa Takehito、Shizuma Toshiyuki、Toyokawa Hiroyuki、Fujimoto Masaki、Taira Yoshitaka、Katoh Masahiro
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 11 ページ: 3415～3415
  • DOI: 10.3390/app11083415
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isomer production ratio of the Cd112(n,γ)Cd113 reaction in an s-process branching point (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa Takehito、Toh Yosuke、Kimura Atsushi、Nakamura Shoji、Shizuma Toshiyuki、Iwamoto Nobuyuki、Chiba Satoshi、Kajino Toshitaka
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 103 ページ: 045801
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.045801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-lying electric and magnetic dipole strengths in Pb207 (2021)
  • 著者名/発表者名: Shizuma T.、Minato F.、Omer M.、Hayakawa T.、Ohgaki H.、Miyamoto S.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 103 ページ: 024309
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.024309
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Isotope CT Imaging Based on Nuclear Resonance Fluorescence Transmission Method (2020)
  • 著者名/発表者名: Ali Khaled、Ohgaki Hideaki、Zen Heishun、Kii Toshiteru、Hayakawa Takehito、Shizuma Toshiyuki、Toyokawa Hiroyuki、Taira Yoshitaka、Iancu Violeta、Turturica Gabriel、Ur Calin Alexandru、Fujimoto Masaki、Katoh Masahiro
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 67 ページ: 1976～1984
  • DOI: 10.1109/TNS.2020.3004565
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neutrino Process in Core-collapse Supernovae with Neutrino Self-interaction and MSW Effects (2020)
  • 著者名/発表者名: Ko Heamin、Cheoun Myung-Ki、Ha Eunja、Kusakabe Motohiko、Hayakawa Takehito、Sasaki Hirokazu、Kajino Toshitaka、Hashimoto Masa-aki、Ono Masaomi、Usang Mark D.、Chiba Satoshi、Nakamura Ko、Tolstov Alexey、Nomoto Ken’ichi、Kawano Toshihiko、Mathews Grant J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 891 ページ: L24～L24
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab775b
  • 査読あり
• [学会発表] レーザーコンプトン散乱γ線によるデルブリュック散乱の計測II (2020)
  • 著者名/発表者名: 早川岳人、川瀬啓悟、静間俊行、羽島良一、コーガ・ジェームズ、全炳俊、紀井俊輝、大垣英明、藤本將輝、加藤政博
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会