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素粒子物理実験 / 真空 / 量子電磁気学 / 自由電子レーザー / 素粒子実験 / レーザー

「真空」に潜む構造(量子電磁気学の場、未発見粒子の場など)を明らかにするために、2種類の方法で研究をおこなっている。
1つ目は、大強度フェムト秒赤外レーザーによって真空をポンプし、X線自由電子レーザー(SACLA)の硬X線にてプローブをおこなう方法である。2019年6月にSACLAにて実験 (0.6TW fs レーザーでポンプ、8.4keV X線でプローブ)をおこない、データを取得した。このデータの解析を進め、時間的、空間的な衝突を保証することができた。衝突の結果についてほぼ確定したところである。このため、査読付き学術誌に投稿するための準備を進めている。また、500TWのフェムト秒赤外レーザーへのアップグレードをにらみ、バックグラウンドなどの排除方法などを検討した。特に、X線の偏光の利用はS/Nを大きく向上させると考えられる。
2つ目の手法は、SACLAの軟X線のレーザーをX線のビームラインまで導き、両者を衝突させる方法である。ビームラインの基礎設計を進めつつ、衝突後のシグナルの計算をおこなった。これに基づき、衝突点のチェンバーを設計、作成している。チェンバーに関しては、低温検出器の使用も視野に入れ、冷凍機が取り付けられる構造とした。また、データを取得するための高速、高分解能のデジタイザーを導入した。
この他にも、硬X線を分岐して衝突させる方法も検討した。この場合、重心系エネルギーが上げられるために、散乱断面積は有利となるが、分岐、方向変換時のロスが問題となることがわかった。

素粒子物理実験 / 真空 / レーザー / パルス磁石 / 素粒子物理学実験 / 素粒子実験 / 高性能レーザー

現代の物理学が予言する真空の構造を探索する実験である。真空に強磁場をパルス的に印加し、偏極を引き起こして真空を歪める。その歪みを高精度のレーザーで検出する。感度を高めるために高反射ミラー2枚で光共振器を作成し、共振器中の光に対してパルス磁場を印加する。プロトタイプ実験の結果をもとに、感度を決める鍵であるレーザーのノイズを削減し装置の長期安定性を向上させた。また、共振器の真空度の改善やパルス磁石の高磁場化などの改善もおこなった。これにより、真空構造の測定に向けた装置がほぼ完成した。

これまでは実験の対象とされてこなかった「真空」について着目することで、新たな分野として真空の物理学が注目されるようになった。今回は真空の構造の探索には至らなかったが、量子電磁気学の予言する真空偏極まであと3.5桁の感度で探索をおこない、そこまでは真空の構造が無いことが確認できた。
また、技術的側面では、基礎技術である防振技術やレーザーの安定化、共振器の制御技術の開発、製作において大きな進展が得られ、他の分野での応用も期待される。