| 研究課題/領域番号 |
22K18273
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
酒見 泰寛 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90251602)
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| 研究分担者 |
長濱 弘季 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00804072)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| キーワード | パリティ対称性の破れ / アナポールモーメント / 光格子 |
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| 研究実績の概要 |
量子多体系における弱い相互作用の伝搬機構を探り、原子核のようなマクロな系でのパリ ティ対称性破れの発現を実証する。特に、原子核におけるパリティ非保存効果が質量数の2/3乗に比例して増幅されることに着目し、原子量最大のアルカリ原子・フランシウム(Fr)を用いて、量子多体系における中性カレント(Zボゾンの伝搬)の高感度検出の技術を確立する。本研究では、光格子にトラップされたFrにレーザー光を照射し、弱い相互作用により誘起されるエネルギーシフトの効果を量子増幅する顕微鏡を開発する。
本年度は、２種類のFrの同位体の高強度線源を開発した。210Frは、理研・AVFサイクロトロンからの重イオンビームによる核融合反応を用いて生成する構造とし、金標的中で生成されたFrを加熱することで、熱拡散により標的表面に移動させ、熱脱離する際に表面電離によりイオン化させる表面電離イオン源の高度化を進めた。サイクロトロンからの一次ビーム輸送方法を最適化し、ビームによる加熱と赤外線ヒーターによる標的加熱を組み合わせ、放射温度計で標的表面温度を測定することで、安定した高強度Fr生成・引き出しを実現した。
また、221Frは、その親核である225Acからのα崩壊により供給する構造とし、generatorである225Acの高強度線源の開発を行った。日本アイソトープ協会から購入した225Acを硝酸で溶かし、電着法で白金基盤上の高純度のAc線源を制作する技術に見通しをたてた。電着効率は、70%を超えており、ホットラボ中でレーザー冷却・トラップが可能な221Fr収量を確保できる見込みである。これらの２種類のFr同位体の高強度線源の技術を確立し、並行して、レーザー冷却に必要な光源整備も完了した。
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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
本研究では、パリティの破れの増幅度が高い原子量最大の放射性同位元素の高強度レーザー冷却Fr源が重要となる。特に、中性子の数が異なる同位体・210Frと221Frにおけるアナポールモーメントの比較を行うことで、原子核媒質中での弱い相互作用の伝搬に関する媒質効果を抽出することを目指しており、２種類の同位体をトラップすることが鍵となる。今回、210Frは加速器を用いたオンライン生成、そして221Frは、generatorとなる225Acを用いたオフラインでの高強度線源による生成を実証し、さらに、測定に必要なFr収量を実現したことは、本計画が順調に進んでいることを示している。
特に、221Frは、225Acのα崩壊で得られるが、非密封線源の取り扱いによる実験となるため、非常に慎重な放射線作業・取り扱い技術が必須となる。今回、理研のホットラボ・グルーブボックス中で、Ac線源の電着作業、ならびに、グローブボックスの中に内蔵できるレーザー冷却・磁気光学トラップ（MOT）装置の開発も進められ、非密封線源の作業環境下で、レーザー冷却実験を行える技術に見通しを立てたことも、本研究の特徴を示す技術確立となり、順調に進んでいると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はFrレーザー冷却・MOTの技術を確立していくが、必要なレーザー光源は400m離れたレーザー分光室において、並行して開発が進んでいる。現在、レーザー分光室から、安定原子Rbをトラップするレーザー光をホットラボに光ファイバーで伝送して、Rbのレーザー冷却・トラップ実験で、技術実証、装置パラメータの最適化を進めている。
また、放射性同位元素・Acの確保を検討する。これまで、日本アイソトープ協会から供給されていたが、近年、Acは、放射線治療・内包治療の普及により、放射性薬剤として世界的に医療関係での需要が劇的に高まり、入手困難となっている。そこで、東北大学・金属材料研究所・アルファ放射体実験施設において、Acを生成いただく方法を専門家に検討いただいており、国内での供給に見通しを立てる。
並行して、光格子を行うための高強度ファイバーレーザーの開発を進め、Rbを用いた一次元光格子の技術確立と、アナポールモーメント測定のための光共振器の準備を進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度、210Fr生成の加速器実験において、Fr生成標的周辺と、加速器とを封じ切るために必要なBe箔（80万円程度）を購入・整備する予定であったが、国際的なBe箔の入手困難が続いており、確保できなかった。実験は、共同研究者が保管しているBe箔を利用させていただいたが、来年度整備に向けて、継続して、発注依頼を行なっている。
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