2018 Fiscal Year Annual Research Report
強力なパルス磁場と高感度光共振器を用いた真空構造の解明
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18J21957
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上岡 修星 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 | 素粒子実験 / 高性能レーザー / パルス磁石 / 光共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の4点で成果があった。
1. 共振器の安定化。本実験は強力な磁場によって生じる真空の微小な複屈折をフィネスが30万以上のファブリーペロー共振器によってエンハンスし観測する。そのためには共振器の蓄積パワーが十分安定であることが要求される。この共振器の安定化を行った。フィードバック回路の改善や入射光源の強度安定化により50Hz以上の周波数領域において、要求値以上に安定化された共振器の構築に成功した。
2. 複屈折雑音の観測ならびに評価。共振器の性質により磁場の有無にかかわらず複屈折性が生じ、この複屈折性の揺らぎが感度を制限する要因となる。安定化した共振器を用いることで、共振器固有の複屈折雑音の評価を行うことに成功した。観測された複屈折雑音は700Hz以上で理論値と一致したが、より低周波では理論値と数倍程度の乖離が見られた。先行実験も同程度の乖離を観測しており、共振器固有の未知の雑音源があると考えられ、現在引き続き調査を行っている。
3. 長期運転のためのシステム開発。本実験は共振器と磁石を組み合わせた半年程度の測定を目標にしている。デジタル、アナログ双方の制御システムを追加し、共振器運用の多くを自動化を行うとともに、磁石駆動用の液体窒素の使用に適した磁石容器を作成することで共振器単体で1週間以上の安定した運用に成功した。今後は磁石の駆動も行いながら、長期運転の評価を行う。
4. 新型パルス磁石の開発。実験の感度を向上させるためにはより強い磁場が出せる磁石の開発も必要である。その際には、機械的強度の向上と温度上昇の抑制が必要となる。必要となるパルス幅の磁場を発生させた際の発熱をシミュレーションしコイルの幅を広げることで十分発熱が抑制できることを示した。
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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
本年度の進捗により、共振器の雑音評価と長期運転の目途がたったため。
これまでは蓄積パワーの安定性で制限されていた感度が、共振器固有の複屈折雑音を評価できるまで安定したことでパルス1発あたりでの感度が4倍程度向上した。観測した雑音の原因自体の特定までには至らなかったが、先行実験と同程度の大きさのフロアノイズが確認できたため、実験の詳細なセットアップの違いによらない雑音源がある可能性が示唆された。
また、これまで1日程度だった光学系の運用を1週間以上にわたって行えたことで長期運用の目途を立てることができた。
この安定した光学系と1週間程度のデータ測定によりパルス磁石を用いた真空複屈折探索としては世界最高感度に到達する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策は以下の2点である。
1. 現有の磁石と光学系を組み合わせたデータ測定。磁場を印加していない際の複屈折雑音に加えて、音や振動、漏れ磁場などの磁石の駆動に伴う雑音源が存在している。駆動電圧の大きさや磁石と光学系の接続を変えながら磁場を発生させることで上記した雑音源が実際にどの程度の複屈折雑音となって現れるのかを調査する。雑音源によって、防音や防振などの構造をセットアップに組み込みフェイクシグナルがない環境での磁石の運用を実現する。またこの過程で磁石も組み合わせた際の長期運転のテストも行う。
2. 新型磁石の開発。新型磁石のための発熱シミュレーションや小型の磁石を用いた強度対策のテストは完了したため実際に光学系と組み合わせるための磁石開発を行う。1.でえられた振動などのデータもフィードバックしながら光学系と組み合わせることに適した磁石を作る。より大きな磁場を発生させるためには大電流や高電圧で使用できる充電装置が必要であるため、充電装置の改良も並行して行う。
上記の1と2によって一週間の運転で2桁程度感度が向上する見込みであり、パルス磁石を用いた真空複屈折実験としては世界最高感度にならぶ予定である。
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