研究課題名：相対論工学による超高強度場科学への接近

1．研究課題名：

相対論工学による超高強度場科学への接近

2．研究期間：

平成15年度～平成19年度

3．研究代表者：

田島　俊樹（特殊法人日本原子力研究所関西研究所・所長）

4．研究代表者からの報告

（1）研究課題の目的及び意義

　当提案では、新たに「相対論工学（relativistic engineering）」の手法を導入することにより、コンパクトで高繰返しというCPAレーザーの特徴を失うことなく、極高強度場を未曾有の極短時間（アト秒、ゼプト秒）に圧縮して生成することの出来る方法を含む一連のレーザー制御科学技術体系を提起する。例えば、この方法により、レーザーの波長を相対論的手法で制御/短波長化しその空間的占拠体積を著しく圧縮することが出来る（γ_ph⁶分の1にまで圧縮できる。ここでγ_phはレーザーにより生成されたプラズマ構造の位相速度に関するローレンツ因子）。従って、現在到達出来る集光強度を何桁も上回る可能性を拓くことになる。また、この方法の援用でコヒーレント制御によるコヒーレントビームや輻射も期待できる。例えば相対論物質流がコヒーレントに運動せしめれば、コヒーレントな輻射量は粒子数Nではなくその二乗に比例して強くなる。
　このプロジェクトの技術的特徴は、装置自体の更なる大型化によるパラメータの飛躍を目論まず、レーザーの制御の新しい展開（相対論的コヒーレント制御）の導入により、レーザー制御技術に新しい地平を切り開き、「相対論工学」の実証性を打ち立てると言う点にある。

（2）研究の進展状況及び成果の概要

　今年度は、電磁波の周波数青方遷移という相対論工学の基本概念の原理を実証する実験を開始した。そして、相対論的レーザー光と相対論的レーザー光の衝突に係る未踏の領域を開拓し、（1）“光速飛翔鏡”で反跳され周波数青方遷移されたシグナルの観測、（2）透過レーザーの光子加速の確認、（3）ポンプレーザーの赤方遷移、（4）航跡場生成とそれによる（矢じり状や準単色構造の）電子加速の確認、（5）航跡場生成に伴う他の相対論的コヒーレント構造体（ソリトン、バブル、「蛇皮」構造など）、の発見と観察等々を行い、相対論工学の効果を実際に世界で初めて観測した。
　この実証実験では、高強度・極短パルスレーザー光をアンダーデンスプラズマ中に集光し、集光点付近に発生する航跡場によって光速飛翔鏡を生成する。電磁波（＝レーザー光）の周波数青方遷移は、光速飛翔鏡に対して45の角度で対向入射する別のレーザーパルスが、相対論的速度で進行する光速飛翔鏡によってその一部が反射されることによって起こる。この実証実験では、準単色電子ビームが効率よく発生実験条件で光速飛翔鏡を発生させ、そこから反射される光の周波数青方遷移を計測することによって、光速飛翔鏡が機能していることの最初の証拠を得た。

5．審査部会における所見

A（現行のまま推進すればよい）
　高速飛翔鏡による反跳X線の信号を捕らえることができるようになり、高速飛翔鏡実験はほぼ順調に進展している。特に周波数青方遷移されたシグナルの実験データなどが順調に出始めており、研究の進捗が認められる。一方、理論面でも十分な成果が上がっている。今後は当初の目標である超高強電磁場の実現に向けて集中した研究を行うことにより、成果を挙げることを期待する。