広島大学大学院先進理工系科学研究科の和田真一准教授と太田寛之さん（理学部物理学科卒業生）、同大学放射光科学研究センターの加藤政博特任教授（自然科学研究機構分子科学研究所特任教授兼任）、名古屋大学全学技術センターの真野篤志技師、同大学シンクロトロン光研究センターの藤本將輝特任助教、高嶋圭史教授による合同研究チームは、分子科学研究所 極端紫外光研究施設の放射光源UVSOR-IIIを用いて、高エネルギー電子が自発的に放出する光渦と呼ばれる渦を巻きながら進行する特殊な光が、それを構成する光の粒（光子）一つ一つでも渦の性質をもっていることを、ヤングの二重スリット干渉実験（注1）で明らかにしました。光の強度（光子数）を極端に下げ光子が一つずつ二重スリットを通過するような条件では、光は検出器上でランダムな光子スポットとして観察されます。この光子スポットを積算していくと、光渦特有の中央部が暗く歪んだ縞模様が現れることが分かりました。この結果から、らせん運動する高エネルギー電子が自発的に放出する光は、単一光子の状態でも、渦巻き状の波面を特徴とする光渦の性質を持つことが分かりました。
本研究成果は、英国の科学雑誌Scientific Reportsに掲載されました（2023年12月27日 オンライン公開）。本研究は、広島大学理学部物理学科の卒業研究として実施された成果です。
・ 渦を巻きながら進行する特殊な光「光渦」。それを構成する光の粒「光子」の一つ一つが、渦の特性を持つことを実証しました。
・ 本研究は、らせん運動する高エネルギー電子が発する光渦に対して行われました。このような運動をする電子は自然界に普遍的に存在します。渦の性質を持つ光子も普遍的に存在する可能性が期待されます。
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注1）ヤングの二重スリット干渉実験
イギリスの物理学者Thomas Youngが示した光の波動性を示す実験。2つのスリット（狭い隙間）に、波がそろった光を同時に照射することで、その先に、光の干渉による光の明暗縞が生じることを示した実験。
タイトル：“Young's double-slit experiment with undulator vortex radiation in the photon-counting regime”（「光子計数領域におけるアンジュレータ渦放射を用いたヤングの二重スリット実験」）
著者：Shin-ichi Wada*, Hiroyuki Ohta, Atsushi Mano, Yoshifumi Takashima, Masaki Fujimoto & Masahiro Katoh*
*責任著者
掲載誌：Scientific Reports, 13, 22962 (2023).
掲載日：2023年12月27日 オンライン公開
DOI：https://doi.org/10.1038/s41598-023-49825-4
