三次元レーザー冷却実現のための結合高周波空胴の試作

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09554011
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 岡本 宏巳 広島大学, 大学院先端物質科学研究科, 助教授 (40211809)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 徹 広島大学, 大学院先端物質科学研究科, 助教授 (50253050) ; 小方 厚 広島大学, 大学院先端物質科学研究科, 教授 (60023727) ; 生出 勝宣 高エネルギー加速器研究機構, 教授 (50150008) ; 井上 信 京都大学, 化学研究所, 教授 (90028176)
• Keywords: レーザー冷却 / ビーム蓄積リング / クリスタルビーム / 結合高周波空胴

Research Abstract

分子動力学コードに基づく数値シミュレーション計算を重点的に行った。前年度に開発したコード"SOLID"に改良を加え、現存するイオンビーム蓄積リング"TARNII(KEK 田無分室のクーラーリング)"および"ASTRID(デンマーク、アーハス大学の蓄積リングで、ドイツのTSRリングと共にレーザー冷却システムを完備している)"のラティスパラメータを具体的に考慮した数値実験を系統的に行った。前年度までに得られた知見を再確認すると共に、次のような新たな結論に到達した:
(1). ビームを1Kレベル以下の極低温領域まで冷却するためには、ラティスの周期性に起因するパラメータ共鳴を回避しなければならない。具体的には、ラティス一周期当たりのベータトロン振動位相の進みが約127度以下である必要がある。
(2). ラティスが(1)の条件を満足しているならば、mKレベルのビーム温度が達成可能である。ただし、ビームに与えるべき冷却力には下限があり、それを下回るとビームの結晶化は不可能である。
(3). クリスタルビームの安定化には、"テーパーレーザー光"が必要不可欠である。
ASTRID リングやTSRリングにおいて、進行方向自由度と横方向自由度の平衡温度間に極端なアンバランスが存在する理由は、上述の(1)によって説明できる。逆に、TARNIIリングは(1)の条件を満たしているため、クリスタルビームの実現が可能である。また、要求される冷却力の下限は、個別粒子間クーロン散乱による加熱効果とのかね合いで決まっており、リング一周当たり最低0.1〜1K程度のエネルギーの散逸が必要であることがわかった

Research Products

• [Publications] T.Kihara: "“Thee-Dimensional Laser Cooling method based on Resonant Linear Coupling"" Physical Review.E59 No.3(to be published). (1999)
• [Publications] H.Okamoto: "“Theory of Tapered Cooling"" Physical Review.E58 No.3. 3817-3825 (1998)
• [Publications] S.Y Lee: "“Space Charge Dominated Beams in Synchrotrons"" Physical Review Letters.80,No.23. 5133-5136 (1998)
• [Publications] J.Wei: "“Necessary Conditions for Attaining a Crystalline Beam"" Physical Review Letters.80,No.12. 2606-2609 (1998)