Producing ultra-cold polyatomic molecules for observing the parity violation in chiral molecules

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01229
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 宮本 祐樹 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (00559586)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久間 晋 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (50600045)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 極低温分子 / パリティ対称性の破れ / カイラル分子

Outline of Annual Research Achievements

ヒッグス粒子の発見により標準模型が完成をみた一方で、物質優勢宇宙の起源など標準模型では説明できない事象があることも良く知られている。そのため「標準模型を超えた物理」の探索が今後の基礎物理における主要課題である。そこで我々が着目したのは、パリティ対称性の破れに由来するカイラル分子鏡像異性体間のエネルギー差である。このエネルギー差を測定することにより、低エネルギー領域における弱混合角を精密に決定することが最終目標である。しかし、この極小のエネルギー差を観測するためには、カイラリティを持つ多原子分子を孤立状態でミリケルビン以下まで冷却する必要があり、そのような技術は現在確立されていない。そこで本課題では、バッファーガス冷却とレーザー冷却により三原子分子をミリケルビン以下まで冷却することを目的としている。
2018年度は、予定通り本課題で用いる真空装置を立ち上げるとともに、対象分子である一水酸化カルシウムをレーザーアブレーションによって生成し、それを四重極型質量分析計により観測することが目的とし研究を行った。
真空装置の立ち上げについては問題なく完了し、10^-6 Pa程度の真空度が得られた。本実験の遂行に問題のない真空度である。さらにガスラインやバルブなどの設置も終了し、次年度以降に用いる冷却用のセルも導入済みである。
レーザーアブレーションに関しては、光学系の設置を行い、高圧により粉末成型しセル中に固定した二水酸化カルシウムターゲットにNd:YAG laserの二倍波を照射することができた。アブレーション時にアルゴンガスを流し、下流にある四重極型質量分析計の信号を観測したところ、一酸化カルシウムに相当する質量数57がレーザー入射後に増大することを観測した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実施計画通り、真空装置の立ち上げからレーザーアブレーションによる対象分子の生成まで進んでおり、本研究課題はおおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

2019年度は、実施計画通りレーザーアブレーションによって生成した一酸化カルシウム分子のバッファーガス冷却による予備冷却に取り組む。そのためには冷凍機を真空装置に組み込むことが必要であるため、まずその設計を行う。同時にレーザーアブレーションの最適条件を探索し、より多くの分子をバッファーガス冷却できるようにする。