Development of ion guide for the production of high-luminosity atomic beam toward search for electron electric dipole moment

• Project/Area Number: 17K14263
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 川村 広和 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50586047)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: イオンファンネル / イオンビーム輸送 / SIMION / フランシウム / 高周波イオンガイド / EDM / ルビジウム / 中性化

Outline of Annual Research Achievements

本申請課題は，電子電気双極子能率の精密測定を究極的な目的として，磁気光学トラップ可能なフランシウム原子の個数を増強するため，イオンファンネルの開発を目指したものである．
フランシウムは，電子の電気双極子能率を特徴的な形で反映する系である．これを精密に測定するためには原子が十分な個数あることが重要だが，フランシウムは放射性元素なので問題となりやすい．そこで，限られたフランシウムを効率的に活用するため，高輝度中性原子線生成法を開発する．この手法は，イオンビームの収束と，専用オーブンによるイオンの中性原子への変換から構成されるが，本申請課題では，イオンファンネルによってビームを十分に収束できるようになることを目指す．
初年度は，イオンファンネル本体の設計シミュレーションをイオン光学設計ソフトSIMIONを利用して進めたと同時に，現行のフランシウムビームラインの開発・見直しも行った．ビームをファンネルで収束するにあたり，もともとのビームもできるだけ細い方が効率的に収束できる．そこで，ビームラインに新たに収束レンズを増設し，輸送効率を下げることなくビームプロファイルを小さくするための開発を行った．
今年度は，前年度の開発結果を受けて，フランシウムビームのプロファイル等を実測するための加速器実験及びそのフィードバックを進めた．
これによって開発すべきイオンファンネルの設計をより明確化することができ，本グループによる実現が期待できるようになった．

Research Products

• [Journal Article] 加速器ビームを使った学部生向け実習スクール (2017)
  • Author(s): 川村広和, 井上壮志
  • Journal Title: Physics Education in University Volume: 23 Issue: 3 Pages: 167-170
  • DOI: 10.11316/peu.23.3_167
  • NAID: 130006250465
  • ISSN: 1340-993X, 2432-1710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequency Measurement of Tellurium Lines Near Calcium (2017)
  • Author(s): Umakanth Dammalapati et al.（全10名中5番目）
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 86 Issue: 12 Pages: 124301-124301
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.124301
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Francium: Tool for Fundamental Symmetry Investigations (2017)
  • Author(s): Umakanth Dammalapati et al.（全14名中10番目）
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 18 Pages: 011046-011046
  • DOI: 10.7566/jpscp.18.011046
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Short-range test of the universality of gravitational constant G at the millimeter scale using a digital image sensor (2017)
  • Author(s): Kazufumi Ninomiya et al.（全22名中8番目）
  • Journal Title: Classical and Quantum Gravity Volume: 34 Issue: 18 Pages: 185005-185005
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aa837f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of the 3-α decay from the Hoyle and the broad 10 MeV states in12C (2017)
  • Author(s): M. Itoh et al.（全13名中11番目）
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 863 Pages: 012019-012019
  • DOI: 10.1088/1742-6596/863/1/012019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 表面電離を用いた放射性フランシウムのイオンビーム生成 (2018)
  • Author(s): 川村広和他
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Production of francium beam through the surface ionization (2018)
  • Author(s): H. Kawamura et al.
  • Organizer: 10th International workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA)
• [Presentation] 電子EDM探索に向けた冷却不安定原子生成の研究 (2017)
  • Author(s): 川村広和他
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会