レーザー誘導共鳴散乱によるXENON1T超過事象のアクシオン的解釈の検証

通过激光激发共振散射验证 XENON1T 超标事件的轴子解释

• 批准号: 21H04474
• 负责人: 本間 謙輔
• 金额: $ 26.71万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04474/
• 关键词: アクシオン; 暗黒物質; レーザー誘導共鳴散乱; 真空内四光波混合; XENON1T; レーザー; 高強度レーザー; 誘導共鳴散乱

暗黒物質となり得るアクシオンは自発的対称性の破れに伴う質量の軽いボゾンの一種である。XENON1T実験が反跳電子エネルギーの超過事象を報告し、太陽アクシオンによる説明を試みている。本研究は光とアクシオン的粒子(ALP)の結合に着眼し、XENON1Tが指摘する質量域のALPを直接生成かつ崩壊させて検証する。具体的には、２色から成る極短パルスレーザービームを真空中で衝突させるものであり、軽いALPを介した誘導共鳴散乱を模型に依らず実験室で探索できる。国内外の高強度レーザーを駆使して、2ビームによる準平行系散乱、および、3ビームによる対称入射角散乱によりXENON1Tが指摘する質量－結合域を重点的に検証するための準備を進めた。京都大学化学研究所サイト：2ビームによる準平行系散乱による探索において、光学素子起因の背景光抑制のため２色光導入経路を変更する必要があった。そのため相互作用真空容器の上流にあるビーム転送用真空容器と相互作用真空容器の間に挿入する中間差動排気用の真空容器を製作する計画であったが、集光しながら転送するためのピンホール付きのフランジを内包する真空パーツを導入することにより、実質、差動排気の役割を果たす真空系が短期間に完成した。並行して、3ビームによる対称入射角散乱による走査的探索に向けた光学系設計と多ポートを有する真空容器の設計を進めると同時に、固定対称入射角散乱のためのレーザーパルス時間空間同期手法を確立した。欧州連合ルーマニアELI-NPサイト：レーザーが設置された上流 からE4実験エリアへのビーム転送を診断・調整するための光学系および真空制御系を含む、探索系全体の調整、および、同探索系を用いたE4内電磁ノイズの時間構造を理解し、衝突するレーザーパルスの時間空間同期を担保する、原子起因の背景光の検出に成功した。

轴子可以变成暗物质，是一种由于自发对称性破缺而具有低质量的玻色子。 XENON1T 实验报告了反冲电子能量过剩，并试图用太阳轴子来解释它。本研究重点关注光与轴子粒子（ALP）之间的耦合，并在 XENON1T 指出的质量范围内检验 ALP 的直接产生和衰变。具体来说，它涉及在真空中碰撞由两种颜色组成的超短脉冲激光束，使得在实验室中通过光 ALP 探索受激共振散射成为可能，而无需依赖模型。充分利用国内外高强度激光器，重点通过两光束准平行散射和三光束对称入射角散射验证XENON1T指出的质量耦合区域。京都大学化学研究所网站：在使用两束光的准平行散射的研究中，需要改变二色光的引入路径以抑制由光学元件引起的背景光。因此，计划制造一个用于中间差动抽气的真空室，插入到相互作用真空室上游的光束传输真空室和相互作用真空室之间，但需要一个销来传输光束，同时集中光束。通过引入包含带孔法兰的真空部件，在短时间内完成了本质上用作差动泵的真空系统。与此同时，我们正在进行三光束对称入射角散射扫描搜索光学系统的设计和多端口真空容器的设计，同时，我们正在开发激光脉冲时空建立了固定对称入射角散射的同步方法。欧盟罗马尼亚ELI-NP站点：调整整个勘探系统，包括光学系统和真空控制系统，用于诊断和调整从安装激光器的上游到E4实验区的光束传输通过了解时间结构；通过E4内部的电磁噪声，我们成功地检测到了原子引起的背景光，这保证了碰撞激光脉冲的时间和空间同步。

项目成果

Probing dark components in the Universe with high-intensity lasers

用高强度激光探测宇宙中的暗成分

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤拓海;他;小林雅俊;Kensuke Homma
• 通讯作者: Kensuke Homma

レーザーによるsub-eV領域ALPの超高感度探索に向けた高背景光量下での解析

高背景光分析，利用激光对亚电子伏特区 ALP 进行超高灵敏度搜索

• 发表时间: 2021
• 作者: 桐田勇利;本間謙輔;石橋迪也;井上峻介;橋田昌樹;阪部周二;Y. Nakamiya;L. Neagu;O. Tesileanu 他 SAPPHIRES collaboration
• 通讯作者: O. Tesileanu 他 SAPPHIRES collaboration

非対称衝突を含めた準平行系光子光子散乱の定式化に基づいたsub-eV質量領域アクシオン的粒子の探索

基于准平行光子-光子散射（包括不对称碰撞）的公式搜索亚 eV 质量区域中的轴子状粒子

• 发表时间: 2022
• 作者: 桐田勇利;信廣晃秀;平原祐輔;本間謙輔;尾崎尭弥;石橋迪也;井上峻介;橋田昌樹;阪部周二;Y. Nakamiya;L. Neagu;O. Tesileanu 他 SAPPHIRES collaboration
• 通讯作者: O. Tesileanu 他 SAPPHIRES collaboration

Stimulated radar collider for probing gravitationally weak coupling pseudo Nambu-Goldstone bosons

用于探测引力弱耦合赝南部-戈德斯通玻色子的受激雷达对撞机

• 发表时间: 2021
• 作者: Hiroshi Hashizume;Hidemi Kitano;Hiroko Mizuno;Akiko Abe;Kaoru Sanda;Genki Yuasa;Satoe Tohno;Hiromasa Tanaka;Kenji Ishikawa;Shogo Matsumoto;Hitoshi Sakakibara;Susumu Nikawa;Masayoshi Maeshima;Masaaki Mizuno;Masaru Hori;Kensuke Homma and Yuri Kirita
• 通讯作者: Kensuke Homma and Yuri Kirita

3つのパルスレーザービーム誘導共鳴散乱によるeV質量域アクシオン探索に向けた衝突系の構築

利用三束脉冲激光束受激共振散射构建 eV 质量区轴子搜索碰撞系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 石橋迪也;本間謙輔;桐田勇利
• 通讯作者: 桐田勇利