2016 Fiscal Year Annual Research Report
原子・分子を用いたニュートリノ質量分光のための研究
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16J10938
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
平木 貴宏 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 原子・分子物理 / レーザー分光 / パラ水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SPAN (SPectroscopy with Atomic Neutrino) 計画は、原子・分子の脱励起過程のうちニュートリノ対と1 光子を放出する過程の光子エネルギースペクトルを詳細に調べることにより、ニュートリノの絶対質量などの未知のパラメータを包括的に決定することを目的としている。この計画を実現する上で、”マクロコヒーレント増幅機構”（量子干渉性を用いた反応レートの増幅効果）は、核心となる原理である。この増幅原理は、パラ水素分子を用いた２光子過程(paired super radiance, PSR)を用い、最近当研究グループにより実験的に検証されたが、ニュートリノ過程に適用するには更に詳細な研究が必要である。
本年度はまずPSR のより詳細な理解のための研究を行った。PSR ではトリガーレーザーと呼ばれるレーザーを入射するとその周波数の光とパラ水素の２準位間に相当する周波数の差の周波数の光が発生する。これまでトリガーレーザーの波長は固定して実験を行っていたが、その波長を変えた場合の出力光の強度依存性を測定し、理論予測と定性的に一致することを確認した。この研究について、トリガーレーザーの製作をまとめた論文を発表した。また、PSR のトリガーレーザー依存性を測定した論文を準備中である。
これまでのパラ水素を用いたPSR の観測には同方向から入射するレーザーを用いていた。しかしながらニュートリノ対放出過程観測実験ではレーザーを対向に入射させて標的を励起させることがに必要であることが分かっている。そこで本年度は主に対向型２光子放出過程の初観測に向け、新たにパラ水素励起用の狭線幅の中赤外パルスレーザー(波長4806 nm)の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
パラ水素分子の対向励起によるPSR過程の観測に向けて、中赤外光の狭線幅パルスレーザーの開発を行ってきた。市販のレーザーでは本実験に必要な性能を満たすものがないため、波長1064 nm のNd:YAG レーザー及び自作した波長871 nm のcw レーザーから非線形光学結晶を用いて実験に必要なレーザーを一通り完成させた。今年度レーザーのセットアップを一通り完成させた。生成した中赤外光によりパラ水素を励起してコヒーレンスが生成されたことを確認するため、中赤外光をパラ水素セルに入射し、波長1602 nmのコヒーレントアンチストークスラマン光が生成されることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
パラ水素分子の対向励起によるPSR過程観測実験は今年度レーザーのセットアップを一通り完成させた。しかしながら波長変換の効率が悪く中赤外レーザーの強度が本実験で要求される値よりも弱かったため、次年度は新しく使用できるようになったこれまでより高出力のNd:YAGパルスレーザーを用いて中赤外レーザーのパワーを増強し、対向型PSR 過程の初観測を開始する。
対向型PSR 過程観測のためのレーザー開発と平行して、E1×E1 過程が禁制となる奇パリティ遷移におけるマクロコヒーレント増幅機構の初観測に向けたレーザー開発を行う。本研究では標的にXe を用いることを予定している。本年度はレーザー励起に必要な波長877 nm のcw レーザーを製作した。次年度中にセットアップを完成させ実験を開始する予定である。まず本実験の準備として、奇パリティの原子におけるE1×M1 型のPSR を観測し、その後高次のQED 過程である３光子放出過程を用いたマクロコヒーレント増幅機構の観測を行う予定である。
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