古典電磁気学では、光子は光子自身と相互作用しません。ところが、量子電磁気学(QED)の予言では、仮想電子のループを介して光子同士で散乱します。この現象は1936年に予言されましたが、実現は非常に困難で未だに観測されていません。われわれは大強度X線自由電子レーザーであるSACLAを用いて、光子・光子散乱を観測する実験を行っています。SACLAの超高輝度と高いエネルギーが大きなメリットです。
上図がX線衝突の概念図です。1本のX線ビームをシリコン単結晶から切り出した刃によって回折、分離し、それを繰り返すことによって中央の2本を衝突させます。もし光子・光子散乱が起きると、前方に置いた検出器にはエネルギーが高くなったX線が飛んでくるため、一次光とは区別できるシグナルが観測されます
2013年に世界で初めてX線領域での測定をおこない、散乱光は観測されませんでしたが、光子・光子散乱に対してX線領域では初の制限を得ることができました。その後、2015年の測定では3桁の感度向上を遂げました。SACLAの性能向上と、ブラッグ回折を利用した高効率な衝突システムの開発により更なる感度向上を目指します。
発表資料
- X線自由電子レーザーを用いた真空構造の探索, (難波俊雄、レーザー学会第41回年次大会、2021年1月19日、オンライン開催)
- Probing Physics in Vacuum using an X-ray Free-Electron Laser, a High-Power Laser, and a High Field Magnet, (T. Inada, et al., Applied science 7(2017)671, 12pages, arXiv: 1707.00253)
- Search for X-ray photon-photon elastic scattering with a Laue-case beam collier, (T. Yamaji, Light driven Nuclear-Particle physics and Cosmology 2017 (LNPC’17), 2017/4/21, Pacifico Yokohama)
- Probe into vacuum field using High-intensity X-ray Applications to the Particle Physics, (S. Asai, International Conference on X-ray Optics and Applications 2017 (XOPT’17), 2017/4/19, Pacifico Yokohama)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索, (山道智博、日本物理学会2016年秋季大会、2016 年 9 月 22 日、宮崎大学)
- An experiment of X-ray photon-photon elastic scattering with a Laue-case beam collider, (山道智博他、Phys. Lett. B 763(2016)454-457、arXiv: 1608.06369)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索, (山道智博、日本物理学会第71回年次大会、2016 年 3 月 22 日、東北学院大学)
- X線を用いた光子・光子散乱 ー光で探る真空ー, (難波俊雄、新学術領域研究会 テラスケール2015、2015 年 12 月 22 日、東京工業大学)
- 光を使って真空・時空を探る, (浅井祥仁、量子エレクトロニクス研究会「極限計測の科学と技術」、2015 年 12 月 19 日、東京大学山中寮内藤セミナーハウス)
- X線自由電子レーザーを用いて真空を探る, (山崎高幸、山道智博、稲田聡明、高エネルギーニュース Vol.34 No.2(2015)97)
- 光を使って真空を探る, (難波俊雄、日本物理学会第70回年次大会、2015 年 3 月 22 日、早稲田大学)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索, (山道智博、日本物理学会第70回年次大会、2015 年 3 月 21 日、早稲田大学)
- Search for photon-photon scattering using the xFEL; Applications to the Particle physics, (S. Asai、2015 年 2 月 25 日、6th Ringberg Meeting on Science with FELs、独国 Ringberg城)
- X線自由電子レーザー(SACLA)を用いた光子光子散乱の探索, (2014年度山道智博修士学位論文)
- X線を用いた光子・光子散乱 ー光で探る真空ー, (難波俊雄、新学術領域研究会 テラスケール2014、2014 年 11 月 29 日、大阪大学)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索, (山道智博、日本物理学会 2014 年秋季大会、2014 年 9 月 18 日、佐賀大学)
- 世界最高強度の光で探る真空～未知の「場」を探して～, (浅井祥仁、難波俊雄、矢橋牧名、東京大学理学系研究科プレスリリース、2014 年 4 月 30 日)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索, (山道智博、日本物理学会第69回年次大会、2014 年 3 月 28 日、東海大学)
- Search for Photon-Photon Elastic Scattering in the X-ray Region, (稲田聡明、山道智博他、Physics Letters B 732(2014)356—359、arXiv: 1403.2547)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索 I, (山道智博、日本物理学会秋季大会、2013 年 9 月 20 日、髙知大学)
- SPring-8/SACLA における光子光子散乱の探索 II, (稲田聡明、日本物理学会秋季大会、2013 年 9 月 20 日、髙知大学)
- 高輝度X線光源を用いた光子光子散乱実験の考察, (山道智博、日本物理学会第 68 回年次大会、2013 年 3 月 27 日、広島大学)