【研究領域課題番号】21H01032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイラリティ / スピン偏極 / カイラリティ誘導スピン偏極 / フォノン / 電子 / スピン

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

【配分額】15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17H02923 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイラリティ / 電子 / スピン / 弾性 / 対称性 / 量子論 / 応答 / カイラル磁性体 / 非線形応答 / 非局所応答 / スピンダイナミクス / カイラル物質 / 磁性 / ソリトン格子 / カイラルフォノン / キラリティ / 電磁応答 / らせん磁性 / ダイナミクス / 物性物理学 / 物質科学 / 物質中の電磁場

【研究成果の概要】

代表者は2005年頃よりカイラル結晶特有の磁性現象に取り組み、カイラル物質中で電子スピンのダイナミクスがカイラル環境下で示す非対称・非局所・非線形・非相反現象を明らかにしてきた。磁性研究は2016年頃までにほぼまとめ、光と弾性の研究に移った。2017年には、カイラル物質中を伝搬する電磁波が特有の保存量を運ぶことを示した。この保存量は電場と磁場の空間微分を含み、空間反転で符号を変える擬スカラー量である。真空電磁波についてはZilchとして知られていたが、これをカイラル媒質中の光に拡張した。そして2020、宿願であったカイラル結晶特有のフォノン（カイラルフォノン）の理論を完成させた。

【研究の社会的意義】

右手と左手は，互いに鏡映しの関係にあるが互いに重ならない．この形態をカイラリティという．らせん階段はカイラリティの身近な例である．ミクロな世界の分子や結晶内部の原子の並び方もカイラルな構造を持つことがある．不思議なことに，カイラルな物質は光や電場，磁場，さらに弾性的な歪に対して特徴的な応答と機能を示す．こうした「カイラル応答」の研究の源流は１９世紀前半に遡るが，量子論に基づく統一的な理解の試みは比較的最近始まったばかりである．代表者（岸根）らは，過去１５年ほどこの方向の研究に携わってきた．今回の大きな研究成果として，光・電気磁気・弾性という結晶が示す三大応答のつながりを理論的に明らかにした．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】10044069 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

陽子 / 中性子 / クォーク / 散乱 / 電子 / 偏極 / グルーオン / スピン / 深非弾性散乱 / 核子 / エアロジェル / リングイメージチェレンコフ検出器 / HERMES / DESY-HERA / リング・イメージ・チェレンコフ検出器

【研究成果の概要】

本研究は国際学術研究として採択され、基盤研究B(2)となった。本研究では陽子や中性子のスピン1/2が、クォークやグルーオンによってどのように構成されているかを実験により調べた。強い相互作用の理論である量子色力学の具体的な研究である。
実験手法としては、ドイツのDESY(ドイツ電子シンクロトロン研究所)のHERMES実験において、高エネルギーの電子ビームを核子標的に散乱させ、終状態の電子と発生したハドロン(中間子や核子、Λ粒子など)を同時計測して従来にない包括的な研究をした。そのデータは共同研究の各大学・研究所に送られて解析されたが、東工大のデータ解析装置は主要な役割を果たし、結果は論文として発表されている。
本研究期間中に、ハードウェアとしてはリングイメージングチェレンコフ検出器(RICH)を開発してHERMES実験に組み込んだので、ハドロンの中のパイ中間子、K中間子、陽子、反陽子を粒子識別できるようになった。これにより核子の中で偏極したu,d,sクォークがどのような運動量分布をしているかが解明できるようになった。特に、パイ中間子とK中間子の識別は数GeV/c以上では従来は困難であったが、HERMES実験でこれをRICHによって解決したので実験手法上の革新があった。
物理の成果として一番大きなことは、核子のスピン方向に対して横偏極しているクォークの分布関数を求めることが可能になったことである。これは、電子散乱の散乱平面とパイ中間子が発生する方向とがなす角度に注目して、標的核子のスピン方向を反転させたときにどう変化するかを観測することによって実現したものである。これは今後新しい研究分野として広い研究対象になると予想される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,900千円)

【研究分野】素粒子・核・宇宙線

【研究領域課題番号】09304030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

陽子 / 中性子 / クォーク / 散乱 / 電子 / 偏極 / グルーオン / スピン / 深非弾性散乱 / 核子 / エアロジェル / リングイメージチェレンコフ検出器 / HERMES / DESY-HERA / リングイメージチェレンコフ検出 / 素粒子物理 / グル-オン

【研究成果の概要】

本研究では、東工大において1)実験データ解析と2)測定器開発とを行った。研究のテーマは陽子と中性子のスピンのクォーク・グルーオン構造の研究である。核子のスピンは1/2であるが、そのうちクォークが担う部分が少ないことは1988年のEMCの結果により知られている。我々は、ドイツ・ハンブルクのDESY(ドイツ電子シンクロトロン研究所)のHERMES実験に参加しており、その高エネルギー偏極電子ビームと偏極核子標的の散乱から得られる実験データは逐次東工大に送られる。この散乱は深非弾性散乱と呼ばれる。この実験の特徴は、散乱する電子を測定するだけでなく、発生するハドロン(中間子、核子、Λ粒子など)も同時計測することである。そのために、リングイメージングチェレンコフ検出器(RICH)を開発し、HERMES実験に組み込んだ。それにより、パイ中間子、K中間子、陽子、反陽子が2-20GeV/cの領域で完全に識別できるようになった。核子の中の偏極したu,d,sクォークの分布が解明できるようになった。
更に、「横偏極」についての研究がなされたことは大きな成果である。これは、核子スピンと直角方向にスピンが向いているクォークの分布を研究するものである。実験では、電子散乱の散乱平面とパイ中間子の発生方向とのなす角が、標的の核子のスピンを反転したときにどう変わるかに着目して観測した。そして有意なAsymmetryがあることを検出した。横偏極のクォークの物理は今後の研究分野を開くものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】21,400千円 (直接経費: 21,400千円)