ＱＥＤ効果を考慮した高精度電子状態理論の開発－新規素粒子理論構築を目指して－

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電子の電気双極子モーメント（電子EDM）及びスカラー・擬スカラー（S-PS） 相互作用は素粒子標準模型を超えた素粒子理論で存在が予言されており、これらの現象を発見することは、宇宙の物質-反物質の非対称性の起源を解明することにつながる。電子EDM及びS-PS相互作用定数を決定するためには、(1)相対論計算を用いて有効電場(Eeff)及びS-PS係数(Ws)の高精度に決定すること、(2) EeffとWsの比(Ws/Eeff)が異なる2種類以上の分子を用いて実験する必要がある。該当年度では、(1)Dirac方程式に基づく相対論法に量子電磁気学(QED)の効果を取り込む手法を開発し、及び(2)分子系においてWs/Eeff比が異なる要因を解明した。(1)QED効果の1つである自己エネルギー効果を考慮するため、相対論計算専用のプログラムDIRACに有効QEDポテンシャルを実装した。実装した有効QEDポテンシャルは、(a)Flambaum-Gingesの有効ポテンシャル及び(b)Pyykko-Zhaoのモデルポテンシャルの2種類である。開発したプログラムを用いてEeffを計算したところ、QED効果の寄与はYbF分子で1.3%、ThO分子で1.6%程度であった。QED効果は、電子相関や基底関数、分子振動に起因する誤差と比べて無視できないオーダーを持つ寄与であり、Eeffの高精度計算をするためにはQED効果を考慮することが必要不可欠であることが示された。(2)重原子-軽原子の2原子分子において、Ws/Eeffは軽原子の種類に依存せず、重原子側の原子番号にのみ依存することを明らかにした。電子EDMとS-PS相互作用定数を決定するためには、重原子系と軽原子系を組み合わせて実験を行う必要があることが分かった。重原子系は既存の実験対象分子であるが、当研究では軽原子系としてLiSr分子を提案した。