Observation of quantum interference of positronium and its applications for material science

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2021年度から引き続き、ポジトロニウムの量子干渉効果を観測する研究を行った。エネルギー可変ポジトロニウムビームを単層および複層グラフェンに入射して透過させ、透過ポジトロニウム像を2次元的に測定した。2021年度からの測定を2022年度にも継続したのは、統計精度を向上させるためである。本研究では代表者らが開発した世界唯一のエネルギー可変ポジトロニウムビームを用いている。ポジトロニウムは電気的に中性であるため、いったん生成してしまうと必要なエネルギーに加速することができない。そこでポジトロニウムにもう1個の電子が束縛したポジトロニウム負イオンを生成して電場で加速し、レーザー光照射によって電子を光脱離させてポジトロニウムをビームとして取り出している。試料は、レーシーカーボン上に張られた単層および2、3層のグラフェンである。試料の直径が2mmしかないため、ビームの軌道上に鉛製アパーチャーを置いて直径を1mmに絞って入射した。得られた2次元の回折画像をポジトロニウムの入射位置を中心として円周状に積分し、これを中心からの半径に対してプロットした結果、ピークが現れた。2021年度の測定と比べて統計精度が向上しており、定量的な議論が可能となった。その結果、ピーク構造は明確になったが、電子ビームを入射して得られるピークと比べて強度が低い結果となった。現在、強度の定量的な解析を進めている。この解析ではStrasbourg大のPaul-Antoine Hervieux教授に加わっていただき、理論的な側面から検討を行っている。Hervieux教授は3月に東京理科大学に2週間滞在し、対面で様々な議論を行った。さらに、ポジトロニウムがグラフェン薄膜を透過する様子を調べる研究も本格的に開始した。