溶融石英中の遅延ポジトロニウム形成の検証

Evidence of the delayed positronium formation in fused quartz

小室 葉; 平出 哲也  ; 鈴木 良一*; 大平 俊行*; 村松 誠*; 鈴木 健訓*

Komuro, Yo; Hirade, Tetsuya; Suzuki, Ryoichi*; Odaira, Toshiyuki*; Muramatsu, Makoto*; Suzuki, Takenori*

陽電子が凝集相中に入射されると、熱化する直前に小さな領域(スパーあるいはブロッブと呼ばれる)に多くのエネルギーを付与し、数十個のイオンと過剰電子が形成される。ここで陽電子は過剰電子のひとつとポジトロニウム(Ps)を形成する。スパー(ブロッブ)内のでPs形成のモデルによると、Ps形成は過剰電子と陽電子が近接して熱化した場合とそうでない場合で形成までに要する時間が異なり、遅れて起こるPs形成が存在する可能性がある。これは陽電子消滅寿命-消滅線エネルギー相関測定(AMOC)によって消滅時間分解した半導体検出器で測定した消滅線のピークの形状変化から、各消滅時刻においてどのような状態から消滅しているかを検出することが可能であり、このAMOCにより、10年以上前からPsの緩和現象とドイツのグループが解釈してきた実験結果が、この遅延形成によるものであると考えられる。試料に電場をかけることで、ドイツのグループの解釈どおりPsの緩和であるとすれば、電場下でも同様の結果が期待されるが、Psの遅延形成であるとすると、近傍で熱化した陽電子・電子ペアは電場の影響をあまり受けずに速くPs形成し、拡散が必要な遅延形成がより電場の効果を受け、その結果、電場下では遅延形成の効果が見えなくなると予測された。われわれは試料(溶融石英)に電場をかけながら実験を行うことで、緩和現象ではなく、陽電子の拡散後に起こる遅延Ps形成であることを確認した。

Many ions and the excess electrons are formed by the injected positron just before the thermalization of that positron in a small area (it is called spur or blob) in condensed matter. The positron has a chance to form positronium (Ps) with one of the excess electrons. According to the model of Ps formation in the spur (blob), the initial encounter pairs of an electron and a positron will form Ps in short time. Some of the positrons have some possibility to form Ps after diffusion in several hundreds pico-seconds. There were experimental results that were interpreted as a Ps thermalization by a group in Germany more than 10 years ago. However, we have believed that some of the results were caused by the delayed Ps formation and have successfully obtained the experimental evidence of the delayed Ps formation by applying electric fields on the sample, fused quartz.