光格子共存磁力計を用いたフランシウム原子による電子の永久電気双極子能率探索

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16J01466
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 内山 愛子 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Keywords: レーザー冷却 / EDM / 共存磁力計 / 光格子 / 実験核物理

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、電子の電気双極子能率(EDM)をフランシウム(Fr)原子を用いて探索するための高精度探索技術の確立を目指して研究を行った。電子EDMは時間反転対称性や空間反転対称性の破れを表す物理量であるためその大きさは極めて小さいが、重い原子においてはその効果が増幅されることが分かっている。そこで本研究では、Fr原子EDMを高精度に測定するために用いる共存磁力計の開発を行った。
Fr原子EDMを測定するためには、原子に電場を印加した場合のエネルギー変化を測定するが、この際に原子を保持するための光格子と量子化軸を定めるために印加する静磁場によっても原子にエネルギー変化が生じるため、これらの変動を抑制すると同時に精密に測定することが重要となる。そこで、Fr原子とともにEDM増幅率の小さいルビジウム(Rb)原子を同時に光格子中に捕獲し静磁場や光格子の変動を測定する光格子共存磁力計の開発を行った。
平成29年度までに1台の光源と電気光学変調器を用いて二核種のRb原子を磁気光学トラップ(MOT)により効率よく捕獲することに成功しており、今年度は二核種MOT中の原子を核種ごとにイメージングするため、光源を2台に増強させたうえで吸収イメージングを行った。これにより、トラップ中の原子を核種ごとにイメージングできただけでなく、それぞれの各種の温度測定を行うことができた。
また、MOTによって冷却された原子を用いた磁場観測を行った。MOTによって冷却された原子を磁場中で光ポンピングすると、原子はスピン歳差運動を行う。原子がスピン歳差運動することで、屈折率が変化する。原子にプローブ光を照射し透過光の偏光面の時間変化を観測することで、Rb原子のそれぞれの核種と二核種同時での測定をそれぞれ成功させることができた。以上のように、共存磁力計開発で重要となる原理検証を完了させることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effective multiple sideband generation using an electro-optic modulator for a multiple isotope magneto-optical trap (2018)
  • Author(s): Uchiyama A.、Harada K.、Sakamoto K.、Dammalapati U.、Inoue T.、Itoh M.、Ito S.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Yoshioka R.、Sakemi Y.
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 89 Pages: 123111～123111
  • DOI: 10.1063/1.5054748
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 標準模型を超えた新物理を探索するための原子パリティ非保存効果の精密周波数測定 (2018)
  • Author(s): 青木貴稔、鳥井寿夫、 Sahoo Bijaya Kumar、Das Bhanu Pratap、 原田健一、早水友洋、坂本幸祐、川村広和、井上壮志、内山愛子、伊藤沙希、吉岡里紗、田中香津生、伊藤正俊、畠山温、長濱弘季、小澤直也、酒見泰寛
  • Journal Title: 電子回路研究会 Volume: 18 Pages: ECT-18-060
• [Presentation] Magneto-optical trapping of radioactive francium atoms: toward search for electron electric dipole moment (2019)
  • Author(s): Harada K.、Tanaka K. S.、Uchiyama A.、Itoh M.、Hayamizu T.、Nagahama H.、Ozawa N.、TsuTsumi J.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Haba H.、and Sakemi Y.
  • Organizer: 11th International conference on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 129 Xe/ 131 Xe double-species spin maser for Xe-EDM search (2019)
  • Author(s): Sato T.、Ichikawa Y.、Takamine A.、Gladkov A.、Inoue T.、Uchiyama A.、Kojima S.、Funayama C.、Tanaka S.、Sakamoto Y.、Ohtomo Y.、Hirao C.、Chikamori M.、Hikota E.、Furukawa T.、Yoshimi A.、Bidinosti C. P.、Ino T.、Ueno H.、Matsuo Y.、Fukuyama T.、Yoshinaga N.、Sakemi Y.、Asahi K.
  • Organizer: 11th International conference on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子の電気双極子能率探索に向けた極低温85Rb, 87Rb原子による磁場測定 (2019)
  • Author(s): 内山愛子、原田健一、田中香津生、川村広和、伊藤正俊、早水友洋、 長濱弘季、小澤直也、堤惇、井上壮志、青木貴稔、畠山温、 高橋義朗、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 電子の永久電気双極子モーメント探索へ向けたフランシウム原子の生成とトラップ (2019)
  • Author(s): 早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、原田健一、田中香津生、内山愛子、青木貴稔、畠山温、高橋義朗、羽場宏光、大前宣昭、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] Development of a Dual Isotope Co-Magnetometer Using Laser Cooled Rubidium Toward Electron Electric Dipole Moment Measurement Using Francium (2018)
  • Author(s): Uchiyama A.、Harada K.、Inoue T.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Sakemi Y.
  • Organizer: The 27th Annual International Laser Physics Workshop (LPHYS'18)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical Dipole Force Trapping of Rubidium Atoms for a Dual-Isotope Co-Magnetometer toward the Electron Electric Dipole Moment Measurement (2018)
  • Author(s): Uchiyama A.、Harada K.、Inoue T.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Sakemi Y.
  • Organizer: The 26th International Conference on Atomic Physics (ICAP 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Parity-nonconserving interaction-induced light shifts in the 7S1/2 - 6D3/2 transition of the ultracold 210Fr atoms to probe new physics beyond the standard model (2018)
  • Author(s): Aoki T.、 Torii Y.、 Sahoo B. K., Das B. P., Harada K., Hayamizu T., Sakamoto K., Kawamura H., Inoue T., Uchiyama A., Ito S., Yoshioka R., Tanaka K. S., Itoh M., Hatakeyama A. and Sakemi Y.
  • Organizer: The 26th International Conference on Atomic Physics (ICAP 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 標準模型を超えた新物理を探査するための冷却Fr原子のパリティ非保存相互作用誘起の光シフト (2018)
  • Author(s): 青木貴稔、鳥井寿夫、Sahoo B. K.、Das B. P.、原田健一、早水友洋、坂本幸祐、川村広和、井上壮志、内山愛子、伊藤沙希、田中香津生、伊藤正俊、畠山温、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会(秋季大会)
• [Presentation] 電子の電気双極子能率探索に向けたフランシウム原子の磁気光学トラップ (2018)
  • Author(s): 原田健一、川村広和、田中香津生、内山愛子、早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、青木貴稔、畠山温、高橋義朗、酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会(秋季大会)
• [Presentation] Laser trapping of francium for the electron Electric-Dipole-Moment search (2018)
  • Author(s): Tanaka K.、Harada K.、Hayamizu T.、Inoue T.、Itoh M.、Kawamura H.、Nagahama H.、Ozawa N.、Tsutsumi J.、Uchiyama A.、Sakemi Y.
  • Organizer: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • Int'l Joint Research