高強度レーザー場と高輝度Ｘ線ビームを用いた真空の巨視的構造の探索

使用高强度激光场和高亮度 X 射线束探索真空的宏观结构

基本信息

批准号：
19J11586
负责人：
清野結大
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11586/
关键词：
素粒子実験高強度レーザー X線自由電子レーザー X線微細加工

项目摘要

高強度な電磁場中では真空偏極の影響で真空の屈折率が変化する。その変化は真空中を伝播する光に対して真空複屈折と真空回折という効果を引き起こす。これら効果を通じて真空偏極の探索研究を行っている。本研究では高強度レーザーを使って真空の屈折率を変化させ、X線自由電子レーザーの直線偏光したX線ビームでプローブする。真空複屈折と真空回折の効果はX線の偏光軸や運動量の微小な変化として捕らえられるため、偏光子やスリット等で分離して検出する。2019年は、まず真空回折の効果を探索するための技術開発に注力した。レーザーの集光や、真空回折探索においてバックグラウンドとなるX線を除去する光学素子(shaper)の開発を行い、これら開発した要素を導入した真空回折の探索実験を行った。今年は探索実験で得られたデータの詳細な解析に注力した。本研究の最重要課題は、X線ビームとレーザーが空間的に交差していることを保証することで、実験ではAuサンプルを用いて両者の相対位置の情報を取得した。サンプルの顕微鏡画像の詳細な画像解析などを行ない、両ビームの交差の精度が4umであるとわかった。これはX線ビームサイズ(約20um)の1/5と小さく、十分な精度で両ビームの交差が行えたことを保証出来た。これにより真空回折現象の起こる確率に世界初の実験的な制限をつけた。その上限は量子電磁気学の予想の18桁上である。実験感度のさらなる向上には、偏光子を導入し、シグナルとバックグラウンドを偏光の情報で分離することが必須となる。2019年に偏光子とshaperを組み合わせたセットアップを組み、懸念されていたX線ビームのポインティングの安定性を確認できた。そのため、このセットアップでの実験パラメータの最適化の研究を行った。これにより開発した技術を用いれば、20日の測定で真空偏極が観測可能であることを示せた。

在高强度的电磁场中，由于真空极化的影响，真空的折射率变化。变化导致真空双折射和真空衍射的影响，以通过真空传播。通过这些影响，我们正在进行有关真空极化的搜索研究。在这项研究中，使用高强度激光器更改真空的折射率，并用线性极化的X射线光束进行探测，X射线游离电子激光器。真空双折射和真空衍射的影响被捕获为X射线极化轴和动量的微小变化，因此通过使用极化器，缝隙等通过极化和检测到它们，我们首先专注于开发技术来探索真空衍射的影响。我们开发了一个光学元件（塑形器），该光学元件（塑形器）在激光聚焦和真空衍射搜索中删除背景X射线，并进行了真空衍射搜索实验，其中引入了这些开发元素。今年，我们专注于对探索实验获得的数据的详细分析。这项研究的最重要问题是确保使用AU样品获得有关两者相对位置的信息，并在实验上与空间相交。进行了样品的显微镜图像的详细图像分析，并发现两种梁的相交的准确性为4UM。这仅是X射线梁尺寸的1/5（约20UM），并且可以保证这两个梁都可以以足够的精度交叉。这使世界上第一个实验限制对真空衍射现象的可能性。上限是高于量子电磁预测的18位数字。为了进一步提高实验灵敏度，必须通过极化信息引入极化器并将信号和背景分开。在2019年，我们能够创建一个结合偏振器和塑形器的设置，以确认X射线光束指向的稳定性，这是一个令人担忧的问题。因此，我们对该设置中实验参数的优化进行了研究。这表明，使用开发的技术，可以在20天的测量中观察到真空极化。