Search for sub-eV axion with two-color femtosecond-pulsed near-infrared lasers

用双色飞秒脉冲近红外激光器寻找亚电子伏特轴子

• 批准号: 22KJ2326
• 负责人: 桐田 勇利
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Hiroshima 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2326/
• 关键词: アクシオン的粒子; 誘導共鳴光子衝突器; 高強度短パルスレーザー; 高真空; 原子起因四光波混合光

本研究では、高強度レーザーを用いた誘導共鳴光子衝突器によるアクシオンを含むアクシオン的粒子探索実験を目指しており、本年度はそのための実験装置の改良や背景光の解析手法の確立をおこなった。実施者は、異なる真空度の真空容器間をオリフィスで接続し、その間を集光転送する光学系を用意することで、高強度レーザーが高真空度の容器内に物質の透過なく伝播できるように改良した。これにより、京都大学化学研究所で用いている高強度Ti:Sapレーザーを最高出力で探索実験に運用できるようになり、今後の探索で大幅な感度更新を見込むことができる。加えて、原子を介した四光波混合過程による背景光のうち、光学素子から放出される素子起因背景光の定量的評価手法の確立と除去可能性の調査をおこなった。定量的評価手法として、あらかじめ信号光が集光点で放出されるときの出射角分布を数値計算し、背景光の想定される分布と異なることを明らかにした。さらに、実際の実験で測定された出射角分布に相当する観測光量のレーザービーム断面積依存性の結果から、観測した光が信号光か背景光かを判別可能にした。この結果により、先行研究からアクシオン的粒子の探索感度を1桁更新した。さらに、2次元のICCDカメラを用いることで、背景光の2次元空間分布を測定し素子起因背景光が円形に分布していることを初めて確認した。これにより、観測光が伝播する光路上に背景光をふさぐマスクを用意することで、素子起因背景光を大幅にカットできるという可能性を見出した。これらの成果により、背景光の抑制と解析的除去が可能となり、より高感度な探索が可能となった。

这项研究旨在使用高强度激光器对轴突进行类似轴突的粒子搜索实验，今年我们改进了实验设备，并建立了一种分析背景光的方法。实施者改善了高强度激光器，以使用孔口使用不同的真空度传播和传播真空容器，因此高强度激光器可以在没有材料的情况下传播高真空度的容器。这将允许京都大学化学研究所使用的高强度Ti：SAP激光器以最高产量的搜索实验中使用，并且可以期望将来的搜索中有显着的敏感性更新。此外，我们已经建立了一种由光学元素引起的背景光的定量评估方法，该方法是从光学元素发出的，这是由四波混合过程通过原子引起的，并研究了去除的可能性。作为定量评估方法，在缩合点发射信号光时的发射角度分布已预先计算，以揭示其与背景光的预期分布有所不同。此外，有可能区分观察到的光是信号光还是背景光与激光束横截面区域的结果的结果，该量的量相对于与实际实验中测得的输出角度分布相对应的观察到的光的量。这导致了先前研究的轴心颗粒的搜索灵敏度的单一数量级。此外，通过使用二维ICCD摄像机，测量了背景光的二维空间分布，并首次确认由元素引起的背景光的分布是圆形的。这导致了可以遮挡光学路径上背景光的掩模可以通过该掩模来繁殖的光路，从而显着切割了由元素引起的背景光。这些结果可以抑制背景光和分析去除，从而使搜索较高的灵敏度搜索成为可能。

项目成果

Sensitivity to axion-like particles with a three-beam stimulated resonant photon collider around the eV mass range

使用三束受激共振光子对撞机在 eV 质量范围内对轴子类粒子的敏感性

• DOI: 10.3390/universe9010020
• 发表时间: 2022
• 期刊: Universe
• 影响因子: 2.9
• 作者: K. Homma;F. Ishibashi;Y. Kirita and T. Hasada
• 通讯作者: Y. Kirita and T. Hasada

Search for sub-eV axion-like particles with a development of the method for signal evaluation under the backgrounds from optical elements in a stimulated resonant photon-photon collider

寻找亚电子伏特轴子状粒子，并开发受激共振光子-光子对撞机中光学元件背景下的信号评估方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 桐田勇利;羽佐田拓海;橋田昌樹;平原祐輔;本間謙輔;井上峻介;石橋迪也;中宮義英;L. Neagu;信廣晃秀;尾崎尭弥;M. Rosu;阪部周二;O. Tesileanu;他 SAPPHIRES collab.;Yuri Kirita on behalf of the SAPPHIRES collaboration
• 通讯作者: Yuri Kirita on behalf of the SAPPHIRES collaboration

Pilot search for axion-like particles by a three-beam stimulated resonant photon collider with short pulse lasers

利用短脉冲激光三束受激共振光子对撞机对类轴子粒子进行试点搜索

• DOI: 10.3390/universe9030123
• 发表时间: 2023
• 期刊: Universe
• 影响因子: 2.9
• 作者: F. Ishibashi;T. Hasada;K. Homma;Y. Kirita;T. Kanai;S. Masuno;S. Tokita;M. Hashida
• 通讯作者: M. Hashida

CP-Violation in a composite 2-Higgs doublet model

复合 2-希格斯双峰模型中的 CP 破坏

• DOI: 10.1007/jhep10
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of High Energy Physics
• 影响因子: 5.4
• 作者: De Curtis Stefania;Moretti Stefano;Nagai Ryo;Yagyu Kei
• 通讯作者: Yagyu Kei

極限レーザー核物理研究所(ルーマニア)

极限激光核物理研究所（罗马尼亚）