| Project/Area Number |
19H00671
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
|
|---|
| Research Institution | Gakushuin University (2021-2023)
Tohoku University (2019-2020) |
|---|
Principal Investigator |
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥42,380,000 (Direct Cost: ¥32,600,000、Indirect Cost: ¥9,780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000)
Fiscal Year 2019: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000)
|
|---|
| Keywords | 光計測 / 光共振器 / 低散逸振動子 / 重力定数 / 量子制御 / 光ばね / フィードバック冷却 / 重力測定 / オプトメカニクス / 安定化光源 / 低周波防振 / 度量衡 / 光学トラップ / ウィーナフィルタ / カルマンフィルタ / 量子もつれ / 微小重力 / レーザー溶接 / ナノファイバー |
|---|
| Outline of Research at the Start |
重力定数の測定精度は全ての物理定数の中で最も低い。これまでは、ねじれ振り子や原子干渉計により、質量90 g以上の大きな物体が生成する重力が測定されてきた。しかし、大きな物体を精度よく作製することは困難なため、測定の系統誤差が大きいという問題があった。系統誤差を低減するため、精密に作製された小さな振動子間の重力を測定すれば良い。しかし、重力の測定は重力源の質量で感度が決まるため、小さな物体の生成する重力の測定は困難である。本研究では、mgスケールの微小な物体間の重力の初検出に挑む。
微小物体間の重力の測定は重力定数の測定精度向上のみならず、重力相互作用の量子性の検証にもつながることが期待される。
|
| Outline of Final Research Achievements |
Aiming to measure microgravi using mechanical oscillators under feedback cooling, the following four objectives were achieved: (1) development of a suspended mirror by two wires, with a Q value greater than 1 million, (2) development of an optical cavity with five times shorter length, (3) development of a stabilized light source capable of 3 × 10^-18 m/sqrt(Hz) @ 500 Hz, and (4) development of vacuum-compatible low-frequency vibration isolation devices (>0.5 Hz). Objective (1) sufficiently reduced thermal noise, and the use of two suspension wires enabled the realization of a compact cavity insensitive to frequency noise as in (2). With (3) and (4), both laser noise and ground vibration were adequately mitigated.
Furthermore, toward achieving quantum control of massive oscillators, the following two objectives were accomplished: (5) development of quantum filters for realizing conditional quantum control, and (6) elucidation of the limits of Q-value enhancement by optical springs.
|
| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
冷却振動子を用いることで従来よりも微小なスケールで重力測定を実現すれば、度量衡分野で大きな問題となっている重力定数の系統誤差の低減が期待されるほか、近年、基礎物理学の分野で大きな注目を集めている重力相互作用の量子的性質の解明につながることも期待される。重力は極めて弱いため、これらの目標を実現するためには、種々の雑音を極限まで低減するための地道な技術開発を進めるほかはない。本研究では、熱雑音、光源雑音、地面振動という3つの重要な雑音の低減に成功した。また、重力の量子性解明に向けて、巨視的な物体を量子制御するための新たな手法を開発することに成功した。
|
