光格子を用いた次世代磁場計測技術の開発

• Project/Area Number: 18K03663
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 原田 健一 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 講師 (00515447)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 光格子 / 原子・分子分光 / 光学磁力計 / 量子エレクトロニクス / レーザー冷却 / 原子核（実験）

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、極低温まで冷却されたルビジウム(Rb)原子を光格子中に閉じ込めることで長いコヒーレンス時間を実現し、高感度かつ空間分解能の高い磁力計の開発を目指し研究を行った。磁場変動を高感度かつ高い空間分解能で測定する技術は様々な分野で必要とされており、常磁性であるアルカリ原子を用いることで、磁場変動に対して高感度の測定を可能とする。
今年度は、磁気光学トラップ(MOT)と偏光勾配冷却によって100 μK以下まで冷却されたRb原子を用いた磁場計測を行った。原子を捕獲する光源とは別に、磁場を測定するためのプローブ光を用意し、Rb原子の共鳴波長である795 nmで発振させた。プローブ光は2つに分けられ、1つは電気光学変調器によって位相変調され、光源の周波数安定化に用いられた。もう一方は、光の強度を変調するために音響光学変調器(AOM)によって回折され、その後、磁場測定のためにRb原子に照射された。環境からの磁場を精密に補正するために真空チャンバーの周りに3軸のヘルムホルツコイルを設置し、また原子に磁場を印加するため、別のヘルムホルツコイルを1組用意し、プローブ光と磁場方向が直交するように設置した。コイルに流す電流源には精度の高いものを用い、コイルからの磁場を安定的に精度よく発生させた。磁場を測定する際はMOTの四重極磁場を切って測定を行った。原子を通過してきた光は、偏光ビームスプリッター(PBS)によって2つに分けられ、それぞれ検出器によって測定され、その強度の差を取ることで歳差信号を取得し、回転角度を見積った。

Research Products

• [Journal Article] Development of a Dual Isotope Co-Magnetometer Using Laser Cooled Rubidium Toward Electron Electric Dipole Moment Measurement Using Francium (2019)
  • Author(s): Uchiyama A、Harada K、Inoue T、Kawamura H、Tanaka K S、Itoh M、Aoki T、Hatakeyama A、Takahashi Y、Sakemi Y
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 1206 Pages: 012008-012008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1206/1/012008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 標準模型を超えた新物理を探索するための原子パリティ非保存効果の精密周波数測定 (2018)
  • Author(s): 青木貴稔、鳥井寿夫、Sahoo Bijaya Kumar、Das Bhanu Pratap、原田健一、早水友洋、坂本幸祐、川村広 和、井上壮志、内山愛子、伊藤沙希、吉岡里紗、田中香津生、伊藤正俊、畠山温、長濱弘季、小澤直也、 酒見泰寛
  • Journal Title: 電子回路研究会 Volume: 18
• [Journal Article] Effective multiple sideband generation using an electro-optic modulator for a multiple isotope magneto-optical trap (2018)
  • Author(s): Uchiyama A.、Harada K.、Sakamoto K.、Dammalapati U.、Inoue T.、Itoh M.、Ito S.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Yoshioka R.、Sakemi Y.
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 89 Issue: 12 Pages: 123111-123111
  • DOI: 10.1063/1.5054748
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Magneto-optical trapping of radioactive francium atoms toward search for electron electric dipole moment (2019)
  • Author(s): Harada K.、Tanaka K. S.、Uchiyama A.、Itoh M.、Hayamizu T.、Nagahama H.、Ozawa N.、Tsutsumi J.、Aoki T.、Hatakeyama A.、 Takahashi Y.、Haba H.、Sakemi Y.
  • Organizer: 11th International conference on Fundamental Physics Using Atoms
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子の永久電気双極子モーメント探索へ向けたフランシウム原子の生成とトラップ (2019)
  • Author(s): 早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、原田健一、田中香津生、内山愛子、青木貴稔、畠山温、高橋義朗、羽場宏光、大前宣昭、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会(第74回年次大会)
• [Presentation] 電子の電気双極子能率探索に向けた極低温85Rb, 87Rb原子による磁場測定 (2019)
  • Author(s): 内山愛子、原田健一、田中香津生、川村広和、伊藤正俊、早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、井上壮志、青木貴稔、畠山温、高橋義 朗、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会(第74回年次大会)
• [Presentation] Development of a Dual Isotope Co-Magnetometer Using Laser Cooled Rubidium Toward Electron Electric Dipole Moment Measurement Using Francium (2018)
  • Author(s): Uchiyama A.、Harada K.、Inoue T.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Sakemi Y.
  • Organizer: The 27th Annual International Laser Physics Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Parity-nonconserving interaction-induced light shifts in the 7S1/2 - 6D3/2 transition of the ultracold 210Fr atoms to probe new physics beyond the standard model (2018)
  • Author(s): Aoki T.、Torii Y.、Sahoo B. K.、Das B. P.、Harada K.、Hayamizu T.、Sakamoto K.、Kawamura H.、Inoue T.、Uchiyama A.、Ito S.、 Yoshioka R.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Hatakeyama A.、Sakemi Y.
  • Organizer: The 26th International Conference on Atomic Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical dipole force trapping of rubidium atoms for a dual-isotope co-magnetomter toward the electron electric dipole moment (2018)
  • Author(s): Uchiyama A.、Harada K.、Inoue T.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Sakemi Y.
  • Organizer: The 26th International Conference on Atomic Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 標準模型を超えた新物理を探査するための冷却Fr原子のパリティ非保存相互作用誘起の光シフト (2018)
  • Author(s): 青木貴稔、鳥井寿夫、Sahoo B. K.、Das B. P.、原田健一、早水友洋、坂本幸祐、川村広和、井上壮志、内山愛子、伊藤沙希、田中香津 生、伊藤正俊、畠山温、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会(秋季大会)
• [Presentation] 電子の電気双極子能率探索に向けたフランシウム原子の磁気光学トラップ (2018)
  • Author(s): 原田健一、川村広和、田中香津生、内山愛子、早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、青木貴稔、畠山温、高橋義朗、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会(秋季大会)
• [Presentation] Laser trapping of francium for the electron Electric-Dipole-Moment search (2018)
  • Author(s): Tanaka K.、Harada K.、Hayamizu T.、Inoue T.、Itoh M.、Kawamura H.、Nagahama H.、Ozawa N.、Tsutsumi J.、Uchiyama A.、Sakemi Y.
  • Organizer: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東北大学 サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター 測定器研究部
  • URL: https://inst.cyric.tohoku.ac.jp/