Study of formation processes of interstellar nucleobase precursors by laboratory experiments for the organic compound synthesis and quantum chemical calculations

通过有机化合物合成和量子化学计算的实验室实验研究星际核碱基前体的形成过程

• 批准号: 22KJ2625
• 负责人: 米津 鉄平
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2625/
• 关键词: プラズマ放電; 有機物合成実験; ミリ波-テラヘルツ波分光; 量子化学計算; 電波天文; 星間化学; 星間分子; 超伝導デバイス

本研究は、プラズマ放電による有機物合成実験に対するミリ波-テラヘルツ波の分光計測、量子化学計算による反応経路探索、電波望遠鏡による星間空間における観測を通して、星間核酸塩基の形成過程の解明に向けた前駆体の星間空間における形成過程の検証を目的としている。本年度は、主にミリ波-テラヘルツ波のヘテロダイン分光によるプラズマ診断の完全自動計測の手法を確立した。また、これまで搭載していた素子と比較して、広い周波数帯域で受信機雑音温度が低い4 K冷却の超伝導SIS量子検出素子を搭載し、長時間計測やバンド特性の安定化・最適化を行なった。本実験ではプラズマで形成される分子種とその化学的環境の変化を捉えるべく、ガスを導入し放電し続けるが、その際には分光診断システムも温度ドリフトなどをするため、定期的な強度校正が重要となる。しかし、放電中はプラズマ放電/ガス導入を停止し、OFF点を計測することができないため通常の天体観測で使用される強度校正法を適用することが難しかった。そこで、背景光源以外のリファレンス温度を採用する改良型の強度校正法を開発した。これによりHCN分子などのスペクトルを長時間にわたって捉えることに成功した。放射輸送モデルを用いて、微量分子の物理量の導出も実現したため、現在投稿論文を作成中である。また、来年度以降に予定していた量子化学計算による反応経路の検証や、電波望遠鏡を用いた観測/解析も並行して推進した。本年度は、反応経路探索計算によって見つかる膨大な数の反応経路から目的とする経路を抽出するアルゴリズム/プログラムを開発した。加えて、大型ミリ波望遠鏡Large Millimeter Telescope(LMT)50 m鏡に搭載した2 mm帯SIS受信機Band 4 Receiver(B4R)で得られた試験観測時のデータ解析を担当し、上記関連分子に着目した投稿論文を準備中である。

This study aims at the study of the synthesis of organic compounds in the field of quantum chemistry, the exploration of the reverse channel in quantum chemistry calculation, the detection of interplanetary space in radio telescopes, the elucidation of the formation process of interplanetary nucleic acid bases, and the demonstration of the formation process of precursor in interplanetary space. This year, we have established a fully automatic measurement method for the detection of the main wave. In addition, the stability and optimization of SIS quantum sensors with low 4 K cooling in the frequency band of the receiver are also carried out for long-term measurement. The chemical environment in which the molecular species are formed is important for the detection and introduction of spectroscopic diagnostics and for periodic intensity correction. The intensity correction method is applied to the measurement of celestial bodies. A modified intensity correction method is used to develop the temperature of the light source other than the background light source. For a long time, the HCN molecule was used. The application of radioactive transport, the derivation of physical quantities of trace molecules, and the preparation of current papers In the future, quantum chemistry calculations, detection and analysis will be carried out in parallel with radio telescopes. This year, the number of reverse channel exploration calculations and the number of reverse channel extraction projects were launched. The Large Millimeter Telescope(LMT)50 m mirror is equipped with a 2 mm band SIS receiver Band 4 Receiver(B4R), which is responsible for the analysis of the test results and the preparation of the paper.

项目成果

有機物合成実験のためのmm－THz波プラズマ分光診断システムの最適化開発

有机物合成实验毫米太赫兹波等离子体光谱诊断系统优化研制

• 发表时间: 2022
• 作者: 米津鉄平;前澤裕之
• 通讯作者: 前澤裕之

プラズマ合成で探る有機分子のアグリゲイト状構造の形成過程/撮像

利用等离子体合成探索有机分子聚集体结构的形成过程/成像

• 发表时间: 2023
• 作者: 前澤裕之;米津鉄平
• 通讯作者: 米津鉄平