Study of Gamma-Ray Vortecies on Production Process and Properties in Astronomical Syetem under Strong Magnetic Field, and Explore of Methods to Idenitify Vortex Photon in Experiments

進行方向に軌道角運動量を持つ光、光渦が自然科学や応用科学で多くの研究者に興味を持たれている。一昨年度までの研究で、10の7乗から11乗テスラといった中性子星内での強力な磁場中で螺旋運動する電子からのシンクロトロン放射によって発生するガンマ線がガンマ線渦になることを示した。ただし、この結果はあくまでも理論計算によるものであり、確証をえるためには実際に実験を行なって検証をする必要がある。しかしながら、実際に実験においては、磁場が大きくても10テスラ、加速された電子のラーマ－半径が10μmとなり、このときの電子のランダウ準位数は10の6乗から7乗という巨大な値となってしまう。このため、これまでの相対論的量子論に基づく正確な計算を行なうことが不可能であった。昨年度に、電子が二つのランダウ準位を遷移による光子渦放出の遷移行列を精査する中で、終状態の電子の螺旋運動の中心軸が変化しなければ、遷移行列の中に現れるラゲール多項式を漸近形の式で近似できることを発見した。これにより、巨大ランダウ準位数に対応する定量的にも信頼できる近似計算が可能となった。その上で、入射エネルギー150MeVと8GeVの電子に対し実際に実験に対応する理論結果を行ない、実験結果を予想した。終状態光子の軌道角運動量とエネルギーが明確な対応を示すという結果を得ることができ、今後の実験に大きな希望を持つものとなった。現在、この研究成果の論文を執筆中である。また、昨年度から継続中であった非線形コンプトン散乱によるガンマ線渦生成実験に関しても、世界で初めてのファインマンアプローチによる理論計算が最終段階に達したので、計算を終えた後に論文を執筆する予定である。さらに、強磁場電気体中の光子の性質についても移送エネルギーをゼロとしたときの光子の自己エネルギーまで計算を進めることができた。

進行方向に軌道角運動量を持つ光、光渦が自然科学や応用科学で多くの研究者に興味を持たれている。一昨年度までの研究で、10の7乗から11乗テスラといった中性子星内での強力な磁場中で螺旋運動する電子からのシンクロトロン放射によって発生するガンマ線がガンマ線渦になることを示した。ただし、この結果はあくまでも理論計算によるものであり、確証をえるためには実際に実験を行なって検証をする必要がある。しかしながら、実際に実験においては、磁場が大きくても10テスラ、加速された電子のラーマ－半径が10μmとなり、このときの電子のランダウ準位数は10の6乗から7乗という巨大な値となってしまう。このため、これまでの相対論的量子論に基づく正確な計算を行なうことが不可能であった。昨年度に、電子が二つのランダウ準位を遷移による光子渦放出の遷移行列を精査する中で、終状態の電子の螺旋運動の中心軸が変化しなければ、遷移行列の中に現れるラゲール多項式を漸近形の式で近似できることを発見した。これにより、巨大ランダウ準位数に対応する定量的にも信頼できる近似計算が可能となった。その上で、入射エネルギー150MeVと8GeVの電子に対し実際に実験に対応する理論結果を行ない、実験結果を予想した。終状態光子の軌道角運動量とエネルギーが明確な対応を示すという結果を得ることができ、今後の実験に大きな希望を持つものとなった。現在、この研究成果の論文を執筆中である。また、昨年度から継続中であった非線形コンプトン散乱によるガンマ線渦生成実験に関しても、世界で初めてのファインマンアプローチによる理論計算が最終段階に達したので、計算を終えた後に論文を執筆する予定である。さらに、強磁場電気体中の光子の性質についても移送エネルギーをゼロとしたときの光子の自己エネルギーまで計算を進めることができた。