2019 Fiscal Year Annual Research Report
Test of Lorentz Invariance for Photons with Optical Ring Cavity
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18J21016
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
武田 紘樹 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | ローレンツ不変性 / 異方性 / 光速 / 光共振器 / 相対性理論 / 干渉計 / 対称性 / 拡張標準模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は光リング共振器を用いて光速の異方性を探査することで光子のローレンツ不変性を高精度検証することを目的としている。我々はこれまで簡易な信号変調のための非連続回転系と光学系を用いて、6e-15レベルでの世界最高精度で奇パリティの異方性探査を行ってきた。その感度は回転に伴う振動雑音で制限されていたため、振動感度を低減することでさらなる高精度検証を目指している。
当年度は、ローレンツ不変性の破れが示唆されている光速差で-17乗の世界最高精度で片道光速の異方性を検証するために、回転機構の改良を行うことが目的であった。なぜなら、これまでは電源供給等を回転台上部から導入するために、光学系等を上部から支持していたことで、回転台に負荷がかかり回転に同期する雑音が引き起こされることが感度を制限する要因となっていたからである。そこで、大きく剛性の高い回転台による電源供給を導入した。電源供給等はこの回転台の中空部分から供給することで、上部支持を伴わない回転機構を構築、連続運転に成功した。これにより、細かい回転軸調整なしで、7e-16の回転時感度を得ることに成功した。
また、ある種のローレンツ不変性の破れが許されている重力理論においては重力波は非テンソル的な偏極成分を持つことが許される。重力波の自由度の性質はこのように重力理論を反映するので、重力波の偏極モード検証によって重力理論検証が可能となる。本年度は本研究課題を派生させ、重力理論検証に必要なコンパクト連星からの重力波の偏極モード分離条件などを次世代重力波望遠鏡に対して示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
長期探査への回転台の改良を完成させ、長期探査に向けて最終の調整を行なっている。回転台は光学系と並んで本研究の要の一つである。これまでの開発でモノリシック光学系は準備が済んでおり、本年度で回転台の連続機構も準備が整った。目標感度達成にはあと約一桁に迫っている。
また、ローレンツ不変性の破れが重力波に与える影響に着目し研究課題を発展させ、コンパクト連星からの重力波の偏極モードを探査することで重力理論を検証する可能性を次世代重力波望遠鏡に対して検討するという付加的な成果を出している。
したがって、これらを踏まえて、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
大きく剛性の高い回転台による電源供給を導入した。しかし、フロアレベルは静止時と同等になったものの、目標レベルを達成するにはもう一桁の感度改善が要求される。現在回転時雑音を制限する要因としては、光ファイバーの振動等による偏光状態の変動、信号取得系における散乱雑音、そして回転台の傾きの影響などが考えられる。長期観測を目指すためには、これらの回転台部と光学系部の調整によって目標感度を達成する必要がある。光ファイバーの振動については固定やファイバー融着などの対処方法が考えられる。信号取得系における散乱雑音は、信号取得系のホルダーの向きを数十度回転させ、PDにおける反射光等の散乱光経路を変えることで対策が可能だと考えられる。また、回転台の傾きについては、回転台を載せている光学定盤の傾斜を調節し、その都度感度評価をすることで傾き角と雑音ピークの関係を得ることで低減することが可能だと考えている。これらの機構の変更と評価によって、回転時雑音を一桁低減し、安定かつ安全な系で奇パリティのLorentz不変性の破れを長期探査する。
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