Cryogenic cooling of positronium atoms by ultrasonic cavitation

本研究課題では、液体ヘリウム中でポジトロニウム(電子と陽電子の束縛状態)のバブルを作り出し、液中圧力・温度の制御によりバブルの冷却を実現することを目的とする。ポジトロニウムバブルを生成・観測するための実験装置を開発し、消滅ガンマ線計測とレーザー分光を併用して、その性質や液中でのエネルギー散逸過程を明らかにする。2022年度は装置開発を中心に研究活動を行い、以下の実績が得られた。(1)液体ヘリウム標的中に陽電子ビームを入射するためには、微小な薄膜真空窓を通す必要があり、小ビーム径(1 mm以下)の高輝度陽電子ビームが要求される。このために、産業技術総合研究所で供給される加速器ベースの高強度陽電子ビームを、半導体減速材とペニングトラップによって捕捉・冷却し、高輝度ビームとして引き出す新しい技術を開発した。従来法と比べて5倍もの効率で高輝度ビームの発生が可能となり、本技術の詳細を纏めて論文発表した。(2)液体ヘリウム標的を長期間保存可能なバスクライオスタットの開発を行った。4 K冷凍機をヘリウムバスにサーマルアンカーを介して連結して極低温にまで冷却することで、貴重な液体ヘリウムを長期間保持できる機構とした。また、陽電子ビームの導入窓や液中パラメーターの制御機構を備えたサンプルバスを設計し、当該年度内にバスクライオスタット一式が納入された。(3)過去の陽電子消滅分光の実験データをもとに、物質中での(一重項状態)ポジトロニウムのエネルギー散逸過程について考察を行った。エネルギー散逸にかかる有用な知見が得られ、その詳細を纏めて論文発表した。

本研究課題では、液体ヘリウム中でポジトロニウム(電子と陽電子の束縛状態)のバブルを作り出し、液中圧力・温度の制御によりバブルの冷却を実現することを目的とする。ポジトロニウムバブルを生成・観測するための実験装置を開発し、消滅ガンマ線計測とレーザー分光を併用して、その性質や液中でのエネルギー散逸過程を明らかにする。2022年度は装置開発を中心に研究活動を行い、以下の実績が得られた。(1)液体ヘリウム標的中に陽電子ビームを入射するためには、微小な薄膜真空窓を通す必要があり、小ビーム径(1 mm以下)の高輝度陽電子ビームが要求される。このために、産業技術総合研究所で供給される加速器ベースの高強度陽電子ビームを、半導体減速材とペニングトラップによって捕捉・冷却し、高輝度ビームとして引き出す新しい技術を開発した。従来法と比べて5倍もの効率で高輝度ビームの発生が可能となり、本技術の詳細を纏めて論文発表した。(2)液体ヘリウム標的を長期間保存可能なバスクライオスタットの開発を行った。4 K冷凍機をヘリウムバスにサーマルアンカーを介して連結して極低温にまで冷却することで、貴重な液体ヘリウムを長期間保持できる機構とした。また、陽電子ビームの導入窓や液中パラメーターの制御機構を備えたサンプルバスを設計し、当該年度内にバスクライオスタット一式が納入された。(3)過去の陽電子消滅分光の実験データをもとに、物質中での(一重項状態)ポジトロニウムのエネルギー散逸過程について考察を行った。エネルギー散逸にかかる有用な知見が得られ、その詳細を纏めて論文発表した。