2015 Fiscal Year Research-status Report
陽子-電子質量比の時間依存性研究のためのCaH+の振動回転定数の決定
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15K13545
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
岡田 邦宏 上智大学, 理工学部, 准教授 (90311993)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶田 雅稔 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所時空標準研究室, 主任研究員 (50359030)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子イオン分光 / イオントラップ / クーロン結晶 / 陽子-電子質量比 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2015年度は以下の内容を行った．岡田は10K冷却イオントラップ中においてカルシウムイオン（Ca+）のレーザー冷却を行い，Ca+クーロン結晶中に極低温のCaH+を生成する方法を確立した．また，電子振動回転遷移の励起（405 nm)によるCaH+からのレーザー誘起蛍光観測を行うための測定系を完成させた．具体的には，これまで導入されていなかった高速シャッターを2台導入し，Ca+レーザー冷却用レーザーと，CaH+励起用レーザーをミリ秒のオーダーで交互に照射可能とし，数値シミュレーションでは非常に弱いと予測されているレーザー誘起蛍光のS/Nをあげる方法を確立した．
一方，レーザー誘起蛍光の観測に加えて，パルス色素レーザーを利用したCaH+の光解離実験を開始した．この実験は，レーザー誘起蛍光よりもS/N良く振動回転遷移を観測できる可能性があるため，新たに導入した．昨年度は，室温での実験ではあるものの，Ca+クーロン結晶に埋め込まれたCaH+イオンに，283-287 nmのパルスレーザーを照射しCaH+がCa+とHに解離することを実験的に確認した．また，光解離レートを測定することによって，光解離断面積を評価した．さらに，極めて少数のCa+クーロン結晶中（4個）に1個のCaH+を生成し，光解離させることにも成功し，単一CaH+イオンを用いた分光が原理的に可能であることを実証できた．
一方，情報通信研究機構の梶田は，CaH+の振動遷移分光を行うための振動回転遷移周波数の詳細な計算を行った．また，分子イオンを用いた精密振動遷移分光を行うための新たな候補を探索する目的で，N2+，及びO2+の振動遷移の不確かさの原因について詳細な検討を行った．その結果，精密振動遷移分光では，N2+が非常に小さな不確かさを達成できる可能性をもち，有利であることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に従い，10 K冷凍機を利用したイオントラップ中での共同冷却によって，極低温CaH+イオンの生成を確認した．また，CaH+の回転基底状態（v = 0, J = 0)の生成割合として55%であることを数値シミュレーションにより確認した．現在は，生成した極低温CaH+イオンに対して電子振動回転遷移（波長405 nm）を励起し，レーザー誘起蛍光の観測を試みているところである．CaH+の共鳴線波長は未知であり，なおかつ，理論計算の精度が悪いため，実験的には広範な波長範囲での探索が必要不可欠であり，今のところ，有意な信号は得られていないが，今後，継続的に実験を行っていくことで，いずれレーザー誘起蛍光を観測できるものと考えている．また，レーザー誘起蛍光の探索に加え，既存のパルス色素レーザーを利用したCaH+の光解離実験を開始した．これまでに283 - 287 nmで光解離が起こることを確認しており，今後光解離を用いた回転準位分布の測定を行う環境が整った．以上が概ね順調に進展している理由である．
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| Strategy for Future Research Activity |
岡田は当初の計画に従い，約13 Kに冷却された冷却イオントラップ中で生成したCaH+の光解離実験を行うことによって，室温のイオントラップでは不可能な，回転準位を分離したCaH+の光解離スペクトルを測定する．光解離レーザーと既存の中赤外レーザー（波長約3.5マイクロメーター）を同時に照射し，光解離が抑制される中赤外波長を見出すことによって，振動遷移（v = 0 → v = 2）波長の探索を行う．この振動遷移波長が特定できた後，今度は電子励起レーザー（405 nm）と中赤外レーザーの同時照射を行うことによって，CaH+の振動回転基底状態の生成時間を短縮化し，CaH+からのレーザー誘起蛍光の観測を試みる．
一方，梶田は光解離レーザーと中赤外レーザーの同時照射時の光解離スペクトルの予測，及び電子励起レーザーと中赤外レーザーを照射した際にCaH+からのレーザー誘起蛍光観測に適したレーザー条件を数値計算によって明らかにする．
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