Atomic physics using coherent resonance excitation of high energy heavy ions by crystal fields

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量子電磁力学の検証は，基礎原子物理学における最重要課題の一つである。超強電場下の QEDは理論的な取り扱いの困難さから長年にわたって注目されてきた。これを対象とする実験手法として，重い原子核近傍の領域に位置する束縛電子の結合エネルギーを精密測定することによる束縛状態 QED (BSQED)の検証が有望である。研究代表者は，単結晶中を通過する重イオンが感じる振動電場を利用して束縛電子を選択的に励起するコヒーレント共鳴励起を，世界に先駆けて独自に実証してきた。本研究では，この手法をドイツ・GSI/FAIRで供給される高エネルギー (45 GeV) の Li 様 (3 個の束縛電子を伴う) U89+イオンに適用し，分光ペクトルから量子電磁力学(QED)効果をこれまでにない精度で観測する。具体的には、研究代表者を中心とするチームがドイツ側の協力研究者と共同で以下のような手順で実験をすすめる。1) 190MeV/uに加速されたHe様U90+イオンをイオン蓄積リング ESR に導入し、電子冷却法によって一度冷却してエネルギー幅を狭め，かつ絶対エネルギーを電子冷却装置の電極に印加する電圧を高精度電圧分割装置を使って測定することで決定する。2) その上で1電子を捕獲した190MeV/の Li 様 U89+イオンを蓄積リングから取り出し，高精度ゴニオメータ上に設置した数μm 厚のSi 結晶へビームを導く。共鳴条件を満たすためには結晶配列の入射ビームに対する角度を変化させることにより，実質的な周期を変化させる。共鳴励起後には，再びX 線を放出して脱励起するので半導体X線検出器によって観測し，放出 X線強度の増加の様子から共鳴プロファイルを得る。 ここから BSQED 効果をこれまでにない精度で決定し理論と比較する。