2010 Fiscal Year Annual Research Report
単一イオン光時計による基礎物理定数の時間変化の探索
| Project Area | Extreme quantum world opened up by atoms -towards establishing comprehensive picture of the universe based on particle physics- |
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| Project/Area Number |
21104006
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉山 和彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10335193)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 歌子 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (20359087)
盛永 篤郎 東京理科大学, 理工学部, 教授 (90246687)
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| Keywords | 物理定数 / 量子エレクトロニクス / 超精密計測 / 原子分子物理 / 高性能レーザー |
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| Research Abstract |
Yb^+とBa^+の単一イオン光時計の周波数比計測を行い、その結果から微細構造定数αの時間変化の検出を目指す。京都大学では、まずYb^+で単一イオンの時計遷移分光を開始した。対象は同位体174の波長411nm^2S_<1/2>-^2D_<5/2>時計遷移である。時計遷移の励起を量子跳躍信号の有無で確認し、この試行を繰り返して遷移確率を測定しスペクトルを得た。3次元のヘルムホルツコイルを作製して地磁気を打ち消した後に適切な磁場を印加し、磁気副準位によるゼーマン分裂を観測した。また、レーザー冷却中に発生する光ポンピングの問題を磁場の印加により回避し、ほぼ理論どおりの蛍光強度が得られるようになった。Ba^+でも3次元のヘルムホルツコイルを作製して光ポンピングの問題を回避することでレーザー冷却が進み、最大16個のBa^+をトラップ軸上に並べてほぼ静止させることができた。また、外部共振器型半導体レーザーとネオジウムYAGレーザーとの差周波混合で波長1.76μm光を発生させ、単一^<138>Ba^+で^2S_<1/2>-^2D_<5/2>時計遷移の量子跳躍信号を検出した。大阪大学では、高集光効率の平面型のトラップ電極において、イオンの冷却の妨げとなる余剰マイクロ運動を低減する手法を確立した。平面型トラップの場合、電極面に垂直な運動成分の検出には従来のrf-光子相関法が使えない。そこで、rf電圧を変調しパラメトリック共鳴を利用する新たな方法を考案した。従来の方法よりも高感度であることが分かり、平面型トラップへの適用も実験で示した。東京理科大学では、高フィネス共振器に安定化した半導体レーザーシステムの線幅評価を行い100Hz以下であることを確認した。原子干渉計により位相ゆらぎを評価し、これまでの100分の1、積算時間50msで約2mradに改良されたことが分かった。検証としてシュタルク位相シフトの測定を行った。
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