| 研究課題/領域番号 |
18K03621
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
田中 実 大阪大学, 理学研究科, 助教 (70273729)
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| 研究分担者 |
杉山 和彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10335193)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | アイソトープシフト / 同位体効果 / 原子内力 / キングの線形性 / ディラック方程式 / 光イオン化 / イッテルビウム / イオントラップ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，精密分光技術による素粒子の標準模型を越える新しい物理の探索の実現を目指している．具体的には，原子・イオンのアイソトープシフト(IS)を用いた原子内で作用する未知の力の検出について研究を行なった．
QEDで生じる通常のISと未知の原子内力によるISを分離するために，2種類の遷移のISの間に成り立つ「キングの線形性」を用いることが核心である．未知の相互作用によるISが加わると，一般には線形性が成り立たなくなる．2種類の遷移について3つ以上の同位体ペアでISを測定して，線形性の破れを見ることで原子内に作用する未知の力の情報を得ることが目標である．
代表者は，これまでの研究で用いていた非相対論的近似を越える相対論的解析手法の開発を行なった．CaイオンおよびYbイオンについて，Thomas-Fermiポテンシャル中の電子状態のエネルギー固有値と波動関数をディラック方程式を数値的に解くことにより求めた．また，QEDでのISを支配する原子核近傍の波動関数を，ディラック方程式から解析的に求め，先行研究の結果と矛盾がないことを確かめた．これらの成果を元に，IS非線形性の相対論的評価を現在進めている．
これに加えて，加速したイオンから放出されるニュートリノペアビームを用いた地球の内部構造探査，ミューオニウムの精密分光，B中間子崩壊について研究を行なった．
分担者は，光イオン化によるYbイオンの安定同位体の選択的トラップの準備を進めた．過去に実績にある直径5mmのトラップを再立ち上げし，最大存在比の同位体174について，単一イオンのトラップと蛍光検出を確認した．また，時計遷移分光に用いる直径0.8mmのトラップ装置について，原子源のオーブンに充填する金属Ybを天然同位体混合物に交換し，超高真空に復帰させた．こちらはまだ多数個ではあるが，光イオン化による174Yb+のトラップに成功した．
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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
代表者は，相対論効果を取りいれたISの評価に必要な解析的計算，および数値計算コードをほぼ完成させている．
分担者は，Yb同位体174のイオンのトラップを行ない，他の同位体のトラップおよびこれらの分光に向けて準備を進めている．
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| 今後の研究の推進方策 |
代表者: 相対論効果を取りいれた解析的計算と数値計算を統合して，IS非線形性の評価を行ない，これまでの非相対論的結果と比較する．また，実験可能だがこれまで計算されていなかったYbイオンの遷移についてもISを評価し，期待される新物理に対する感度を調べる．
分担者: 存在比が最も小さいYb同位体168のトラップを実現し，935nm線の測定を実施する．さらに，時計遷移の1つであるS-D5/2の測定についても実験を進めていく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
共同研究のため，在外研究協力者の代表者所属機関(大阪大学)への招聘を3回行う計画で，そのうちの1回を本研究課題の予算から支出する予定であったが，協力者の異動のため，招聘は2回となった．そのため，本研究課題の予算からの支出を見送った．次年度予算と併せて次年度の招聘期間の延長に使用する予定である．
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