ミュオン触媒核融合における共鳴コアの形成・崩壊過程の四体散乱理論

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14381
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山下 琢磨 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (40844965)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ミュオン / 少数多体系理論 / 原子衝突 / 共鳴状態 / オージェ遷移

研究成果の概要

負ミュオンが核融合反応を媒介するミュオン触媒核融合は、エキゾティックな原子過程が多く含まれ、量子散乱理論検証の舞台として優れている。本研究では、その中でも、電子雲中の準安定核のような、軽粒子を纏った小さな準安定量子系「共鳴コア」に着目し、その形成・崩壊過程を精密な理論計算から明らかにすることを目的とした。電子雲中でのミュオン分子共鳴コアのエネルギー準位・構造が量子四体計算によって初めて明らかになり、共鳴準位の一部が有限体積効果による不安定化と二原子分子的な結合による安定化の絶妙な拮抗状態にあることが判明した。これらの状態が解離X線スペクトルを通して実験の観測量と結びつくことを示した。

自由記述の分野

原子・分子理論

研究成果の学術的意義や社会的意義

ミュオン触媒核融合は、熱核融合と異なり、高温のプラズマを必要とせず、気体・液体・固体の水素で反応が起こるため、新しいエネルギー・中性子源として期待されている。一方で、原子核と強く結合するミュオンの原子過程は複雑で、特に、本研究で着目した「電子雲中のミュオン分子」のような系は、コアと電子の空間的な大きさが大きく異なり、それらを同時に扱った理論研究は未だ発展途上である。本研究では、これまで定性的に理解されていた複数の量子状態を最新の精密計算によって予言し、これを観測する道を示した。この結果は、ミュオン触媒核融合の新しい反応経路の探索に寄与する。