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。

在这项研究中，我们的目标是利用高强度激光的引导共振光子对撞机来寻找包括轴子在内的轴子类粒子。今年，我们改进了实验设备，建立了背景光分析方法。通过用孔口连接不同真空度的真空容器，并准备一个在它们之间收集和传输光的光学系统，研究人员将能够将高强度激光传播到高真空度的容器中，而无需穿过物质。改进了。这将使京都大学化学研究所使用的高强度Ti:Sap激光器能够以最大功率用于勘探实验，我们可以预期未来勘探的灵敏度将得到显着提高。此外，我们建立了定量评估方法，并研究了通过原子的四波混合过程去除背景光中光学元件发出的元素引起的背景光的可能性。作为一种定量评估方法，我们数值计算了信号光在焦点处发射时的输出角分布，发现它与背景光的预期分布不同。此外，可以根据与实际实验中测量的输出角分布相对应的激光束截面积对观测光量的依赖性的结果来确定观测光是信号光还是背景光。与之前的研究相比，这一结果将轴离子粒子的搜索灵敏度提高了一个数量级。此外，我们利用二维ICCD相机测量了背景光的二维空间分布，并首次证实了元素引起的背景光呈圆形分布。结果，他们发现通过制备阻挡观察光传播的光路上的背景光的掩模，可以显着消除元件引起的背景光。这些结果使得抑制和分析去除背景光成为可能，从而实现更灵敏的搜索。

项目成果

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: Yuri Kirita on behalf of the SAPPHIRES collaboration

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
• 影响因子: 2.9
• 作者: K. Homma; F. Ishibashi; Y. Kirita;T. Hasada
• 通讯作者: T. Hasada

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
• 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

Search for sub-eV axion-like particles in a stimulated resonant photon-photon collider with two laser beams based on a novel method to discriminate pressure-independent components

基于一种区分压力无关分量的新方法，在受激共振光子-光子对撞机中用两束激光搜索亚电子伏特轴子状粒子

• DOI: 10.1007/jhep10%282022%29176
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5.4
• 作者: Y. Kirita; T. Hasada; M. Hashida; Y. Hirahara; K. Homma; S. Inoue; F. Ishibashi; Y. Nakamiya; L. Neagu; A. Nobuhiro; T. Ozaki; M. Rosu; S. Sakabe;O. Tesileanu
• 通讯作者: O. Tesileanu

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）