冷却不安定原子を用いた電子電気双極子能率探索

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Extreme quantum world opened up by atoms -towards establishing comprehensive picture of the universe based on particle physics-
• Project/Area Number: 21104005
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 酒見 泰寛 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (90251602)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 正俊 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 助教 (30400435) ; 川村 広和 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 助教 (50586047) ; 井上 壮志 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教育研究支援者 (80637009) ; 青木 貴稔 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (30328562) ; 畠山 温 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70345073) ; 畑中 吉治 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (50144530) ; 若狭 智嗣 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10311771)
• Project Period (FY): 2009-07-23 – 2014-03-31
• Keywords: 電気双極子能率 / 超対称性 / CP非保存 / 冷却原子 / フランシウム

Research Abstract

本研究の目的は、宇宙における反物質消失の機構を解明する新しい実験手法「レーザー冷却された放射性元素（RI）の電気双極子能率（EDM）精密測定技術」を確立することである。これまで、電子EDMの増幅度が最大である原子量最大のRI・フランシウム（Fr）に着目し、核融合反応を用いたFr生成用表面電離型イオン源、ビーム輸送系、中性化装置、磁気光学トラップ装置（MOT）、レーザー光源の開発を進め、全て予定通り実験装置の立ち上げが行われている。最終年度である今年度は、最下流のEDM測定系の開発に集中し、FrのMOT、および光双極子トラップ（ODT）、そして磁力計の開発の３つの項目を重点的に進めた。
これまでの研究によりトラップ効率が低い要因は、中性Fr原子がFrイオンビームを導入するポートから損失するレートが大きい事が理解されてきたので、中性化ターゲットに回転機構をつけてMOTの入射ポートを密閉し、Frのトラップ効率を向上させる改造を行った。また、アルカリ原子であるFrはMOTセル内壁に吸着されやすいため、この吸着によるトラップ効率悪化を防ぐために、セル内壁にコーティングを施し、Frが効率よく壁に吸着されずに跳ね返りやすい構造にした。さらに、ヨウ素分子を用いた周波数安定化の光学系を新規に立ち上げ、安定してFrの共鳴波長にロックする事を可能にした。これらの結果、Fr放出用標的の加熱時間に相関を持つ蛍光信号を得る事に成功し、FrのMOTの技術を確立した。
このMOTでトラップした原子集団を、光のみの光双極子トラップ（ODT）で捕獲することが必要であるが、共鳴波長から離調した光源（ファイバーレーザー）を用いて、さらに偏光勾配冷却も導入することで、効率よくMOTからの原子集団をODTでトラップすることに成功した。すべてのEDM測定のための技術開発を完了し、EDM測定の系統誤差評価実験を進めている。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of the Measurement System for the Search of an Electric Dipole Moment of the Electron with Laser-Cooled Francium Atoms (2014)
  • Author(s): T. Inoue, Y. Sakemi, et al
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 66 Pages: 05008
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radioactive ion beam transportation for the fundamental symmetry study with laser trapped atoms (2014)
  • Author(s): H. Arikawa, Y. Sakemi, et al.
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum Volume: 85 Pages: 02A732
  • DOI: 10.1063/1.4852218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser cooled francium factory for the electron electric dipole moment search (2014)
  • Author(s): T. Hayamizu, Y. Sakemi, et al.
  • Journal Title: JPS conf. proc Volume: 1 Pages: 031065
  • DOI: 10.7566/JPSCP.1.013065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for a permanent EDM using laser cooled radioactive atom (2014)
  • Author(s): Hirokazu Kawamura, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Inoue, T. Ishikawa, M. Itoh, K. Kato, T. Kato, H. S. Nataraj, T. Sato, A. Uchiyama, T. Aoki, T. Furukawa, A. Hatakeyama, K. Hatanaka, K. Imai, T. Murakami, Y. Shimizu, T. Wakasa, H. P. Yoshida, and Y. Sakemi
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 66 Pages: 05009
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of francium atomic beam for the search of the electron electric dipole moment (2014)
  • Author(s): Tomoya Sato, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Inoue, T. Ishikawa, M. Itoh, K. Kato, T. Kato, H. Kawamura, H.S. Nataraj, A. Uchiyama, T. Aoki, T. Furukawa, A. Hatakeyama, K. Hatanaka, K. Imai, T. Murakami, Y. Shimizu, T. Wakasa, H.P. Yoshida, and Y. Sakemi
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 66 Pages: 05019
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoionization loss in simultaneous magneto-optical trapping of Rb and Sr (2013)
  • Author(s): T.Aoki, Y.Sakemi, et al.
  • Journal Title: Phys.Rev Volume: A87 Pages: 0632426-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.87.063426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extraction of anti-analog giant dipole resonance and neutron skin thickness for 208Pb (2013)
  • Author(s): Jumpei Yasuda, Tomotsugu Wakasa, Midori Okamoto, Masanori Dozono, Kichiji Hatanaka, Munetake Ichimura, Sho Kuroita, Yukie Maeda, Tetsuo Noro, Yasuhiro Sakemi et al.
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics (PTEP) Volume: 6 Pages: 063D02
  • DOI: 10.1093/ptep/ptt038
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Search for electron EDM using laser cooled radioactive Fr atoms (2014)
  • Author(s): T.Inoue, Y.Sakemi et al.
  • Organizer: 7th international conference on Fundamental Physics using Atoms (FPUA2014)
  • Place of Presentation: 東京・お台場・科学未来館
  • Year and Date: 20140314-20140316
  • Invited
• [Presentation] The search for the electron electric dipole moment using ultracold FrSr molecules (2014)
  • Author(s): T. Aoki, H. Nagasawa, Y. Torii, Y.Sakemi et al.
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2014)
  • Place of Presentation: 東京・お台場・科学未来館
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Search for a permanent EDM with radioactive atoms (2013)
  • Author(s): Yasuhiro Sakemi
  • Organizer: 3rd Workshop on the Physics of Fundamental Symmetries and Interactions at low energies and the precision frontier (PSI2013)
  • Place of Presentation: Paul Scherrer Institute, Switzerland
  • Year and Date: 20130909-20130913
  • Invited
• [Presentation] Ultracold Sr experiment toward the search for the electron-EDM using ultracold FrSr molecules (2013)
  • Author(s): T. Aoki, Y. Yamanaka, H. Nagasawa, M. Takeuchi, Y. Torii, T. Kuga, K. Harada, A. Oikawa, T. Hayamizu, S. Ezure, H. Kawamura, T. Inoue, T. Sato, T. Kato, S. Liu, M. Itoh, H. Arikawa, T. Ishikawa, T. Furukawa, H. P. Yoshida, H. S. Nataraj, Y. Sakemi, M. Abe, G. Gopakumar, M. Hada, and M. Kajita
  • Organizer: 3rd Workshop on the Physics of Fundamental Symmetries and Interactions at low energies and the precision frontier (PSI2013)
  • Place of Presentation: Paul Scherrer Institute, Switzerland
  • Year and Date: 20130909-20130913
• [Remarks] CYRIC測定器研究部
  • URL: http://cycgw1.cyric.tohoku.ac.jp/index.html