| 研究課題/領域番号 |
19H00686
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
笹尾 登 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任教授 (10115850)
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| 研究分担者 |
宮本 祐樹 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 研究准教授 (00559586)
平木 貴宏 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任助教 (40791223)
原 秀明 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別契約職員(助教) (70737311)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 暗黒物質 / アクシオン |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、暗黒物質の有力候補であるアクシオンを量子干渉による増幅機構を用いて探索する実験方法を開発確立し、実施する。当該年度においては、基本的なスキームを最適化することを行った。対象とする系(標的と記す)は、原子や分子あるいは個体などの可能性があるが、これらの特性を幅広く検討した。この結果、ランタノイドをドープした結晶が有力な候補であることが判明し、予備実験に着手した。具体的に用いた結晶は超放射観測の報告も存在するEr3+ :YSO結晶（Y2SiO5）である。この結晶は位相緩和時間が長いため、量子干渉性増幅機構を実現するのに好適である。結晶中のEr3+準位には、エネルギー準位の低いものから4I_15/2, 4I_13/2, 4I_11/2, 4I_9/2 等が存在する。レーザーにより4I_9/2に励起すれば、無輻射緩和により短時間で4I_13/2脱励起することが知られている。実験においては4I_13/2より4I_15/2に脱励起する輻射遷移が超放射することを利用し、コヒーレント状態を実現することを目指す。本年度においては、レーザー系の整備、結晶を冷却するクライオスタットの準備、検出器の準備を行った。
理論面においては、基本スキームを再検討した。具体的には、アクシオン吸収過程、黒体輻射による吸収過程、標的の有限体積効果の計算などを再確認した。また、コヒーレンスの度合いについてはシミュレーションの開発に着手した。これと関連し、コヒーレンスの度合いを実験的に測定する方法についても検を加えた。微弱コヒーレント光や非コヒーレント光などを積極的に照射する、あるいは禁止遷移を量子干渉により増幅し、頻度を測定することにより逆にコヒーレンスの度合いを推定する方法などが候補として浮かび上がった。これらの候補で現実的なものについてはより深い検討や予備的な実験が必要である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度では主としてEr3+:YSO結晶（Y2SiO5）からの超放射現象を実現すべく、実験の準備を行った。具体的にはレーザー系の整備、結晶を冷却するクライオスタットの準備、検出器の準備などである。また理論面では基本スキームを再検討した。この結果、より詳しいシミュレーションを行う必要はあるものの基本路線については特に修正する必要はないことが判明した。以上の成果はあるものの、プロジェクト全体については、コロナ感染の影響もあり、やや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
標的物質の基本的性質を検討し、必要ならば基礎特性を実験により確定する。特にランタノイドがドープされた結晶(具体的にはEr3+:YSO結晶)を検討し、アクシオン探索実験に適したエネルギー構造の有無を調査する。これと並行し、他のアクシオン標的候補についても実験を含む検討を継続する。以上の結果を総合し、有望な標的についてはシミュレーションにより黒体輻射吸収過程に対するマクロコヒーレント増幅機構を調べる。また 黒体輻射によるバックグランドを温度を変えながら測定することを目指す。
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