Fundamental aspects of new physics search in precision spectroscopy

精密光谱学新物理研究的基本方面

• 批准号: 18K03621
• 负责人: 田中 実
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K03621/
• 关键词: 同位体シフト; キングの線形性; 一般化線形性; 暗黒物質探索; ガンマ線光渦; 人工原子; 新物理; イッテルビウム; イオントラップ; 単一イオン分光; 同位体効果; 新物理探索; イッテルビウムイオン; 新しい力; ディラック方程式; アイソトープシフト; 原子内力; 光イオン化; 精密分光; 単一イオントラップ; 同位体シフト; キングの線形性; 一般化線形性; 暗黒物質探索; ガンマ線光渦; 人工原子; 新物理; イッテルビウム; イオントラップ; 単一イオン分光; 同位体効果; 新物理探索; イッテルビウムイオン; 新しい力; ディラック方程式; アイソトープシフト; 原子内力; 光イオン化; 精密分光; 単一イオントラップ

湯川ポテンシャルによる力の到達距離は粒子の質量に反比例し、これが原子の典型的な大きさ(ボーア半径)程度になるのは、質量が数keVのときである。この様な力は原子のスペクトルに影響を及ぼすことが期待される。本研究では、素粒子の標準模型を越える新物理として、中性子と電子に結合するスカラーまたはベクトル型の新粒子を想定し、中性子・電子間の湯川ポテンシャルによる原子・イオンのスペクトルの同位体シフト(isotope shift，IS)への影響を考え、ISの精密測定による新物理探索を行った。中心となるアイデアは、2種類の遷移のISの間の「キングの線形性」とその破れである。原子核の有限サイズ効果によるIS(field shift，FS)が、質量数に依存する因子と遷移に依存する因子の積で書ける場合に、線形性が成り立つ。新粒子によるISが加わると、これが成立しなくなり線形性が破れる。2種類の遷移について3つ以上の同位体ペアでISを測定して、線形性の破れを検出することで、新物理の情報を得ることができる。これを拡張した3種類以上の遷移を用いて標準模型の高次効果による非線形性を消去し新物理への感度を高める一般化線形性を、代表者らが提案している。前年度までの一般化線形性の研究をさらに発展させ、イッテルビウム(Yb)イオンにおける3つの遷移と中性Yb原子の2つの遷移を組み合わせ、最新のIS実験データを用いて一般化線形性解析を行った。関連する研究として、セシウム原子を用いたkeV領域暗黒物質探索実験、超相対論領域に加速されたヘリウム様重イオンの電子状態を可視光レーザーで操作することによるガンマ線光渦生成方法、人工原子である量子ドットを用いた指数崩壊則からのずれの検証原理についての研究も行った。

由于Yukawa电势而达到的力与颗粒的质量成反比，这大约是原子的典型大小（BOHR半径），当时质量为几个KeV。这种力有望影响原子的光谱。在这项研究中，作为超过基本颗粒标准模型的新物理学，我们假设标量或矢量类型的新粒子与中子和电子耦合，并考虑了中子和电子对同位素转移之间Yukawa电位对同位素转移（IS）之间的影响（IS），在原子和离子光谱中进行了一个新的物理搜索，并进行了一个新的物理搜索。核心思想是“国王的线性”，其两种过渡类型之间的破坏是。由于核的有限尺寸效应，线性保持在IS时（野外移位，FS），可以写入取决于质量数和因素因素的因素的产物。当添加新粒子时，这将无效，线性将破裂。可以通过测量三个或多个同位素对来获得新的物理信息，以实现两种类型的过渡和检测线性断裂。代表提出了普遍的线性性，该线性使用了三种或更多类型的过渡，以扩展这一点，以消除由标准模型的高阶效应引起的非线性并增加对新物理学的敏感性。直到上一年的广义线性研究进一步开发了，结合了YTTERBIUM（YB）离子的三个过渡，并在中性YB原子中进行了两个过渡，并使用最新的IS实验数据进行了广义线性分析。相关的研究包括使用木偶原子进行暗物质搜索区域的实验，伽马射线光电二极管是通过操纵在高层析区域中具有可见光激光器的氦气状重离子加速的电子状态而产生的，并研究了使用指数型衰落法的验证偏差的原理，并使用量子降级法进行了一种人类的态度。