2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of an interferometer with laser cooled molecules to study the mechanism of anti-matter disappearance
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18K18762
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒見 泰寛 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90251602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長濱 弘季 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00804072)
大前 宣昭 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (60615160)
田中 香津生 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 助教 (20780860)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | レーザー冷却分子干渉計 / 永久電気双極子能率 / CP対称性 / 超対称性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、極性分子中での有効電場が格段に高いことに着目し、冷却分子によるEDM探索技術を確立することである。特に、これまでの分子EDMでは、ビーム実験が主であったが、外場との相互作用時間が限られているためにEDM探索精度に限界があった。そこで本計画では、極性分子と真空中にトラップし、長い相互作用時間を実現することで、EDM測定精度の向上を目指す。特に、電子EDM増幅度が高い重元素を構成要素にもつRI分子：Fr-Srを測定対象としている。この実現には、FrとSrの個々の原子をレーザー冷却・トラップし、フェッシュバッハ共鳴により冷却原子同士を融合させ、冷却分子生成・トラップを行う必要がある。その心臓部は、大強度のレーザー冷却Fr源である。昨年度までの東北大・CYRICでの研究で、核融合反応によるFr生成・冷却・トラップの実験手法は確立したが、Fr生成用表面電離イオン源からの不純物の放出、イオン源標的を加熱する機構と高圧に上げる機構が共存するために生じる放電現象により、安定したFr供給が困難であった。この点を解決するため、そして、さらに大強度の一次ビームを供給できる理研・AVFサイクロトロンにおいて、新しくビームラインを構築し、新規に表面電離イオン源の開発を完了した。このイオン源は、これまでの課題を解決するために、赤外線ヒーターでのターゲット加熱を導入し、さらに、サーモグラフィーでの温度モニターを行いながら、ターゲット温度を融点以下に制御しながらFrを生成することで、大強度かつ安定なFr生成に成功した。これにより、極性分子のうち、重元素・Frの収量は、ほぼ必要な収量を達成できると見込んでいる。さらに、磁気光学トラップの光源の立ち上げを進め、高精度波長計を用いた周波数安定化の構築を進行中である。Srの冷却・トラップは、予定通り、進んでいる。
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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
極性分子生成に必要な大強度Fr生成・冷却は、順調に進んでおり、特に、これまでの課題であった表面電離イオン源の高温ターゲット周辺での引き出し電極との間での放電による動作不安定を解決できたことは大きい。これは、ターゲット加熱機構を、ターゲットに接触させる抵抗加熱ヒーターから、非接触で加熱する赤外線ヒーターに変更したことで、安定動作が実現した。現在、一次ビーム強度は、これまでの実験で最高の4euAを達成し、今後、10euAへの大強度照射に向けて、さらなる大強度化を進める。懸案事項として、ターゲット融解時の金蒸気の上流側への漏洩によるビームライン・加速器側の真空度の悪化が課題としてあげられたいたが、今回、表面電離イオン源上流に、薄いベリリウム箔による封じ切り窓を設置することで、一次ビームの多重散乱を抑えつつ通過させるとともに、不純物蒸気を加速器側に漏洩させないような構造を構築し、大強度ビーム照射を実現した。このことで、今後の10euAビーム照射の見通しは立ち、冷却分子生成に必要なFr収量：10^8個/秒は実現可能となってきた。
この下流に設置する磁気光学トラップ（MOT）は、冷却分子を生成する上で、前段階の重要な冷却・トラップ装置となるが、これまでヨウ素分子の回転・振動準位を参照し、Frの共鳴周波数へのレーザー周波数の安定化を行なってきた。しかし、その立ち上げなど、時間がかかり、また、今後、共存磁力計として、Rb/Cs等、他のアルカリ原子の冷却・トラップも必要となることから、複数の周波数安定化を同時に行う必要がある。今回、高精度波長計を導入し、Rbの共鳴周波数で校正しながら、Fr/Cs/Rbのレーザー光の周波数安定化を同時に行う方法を検討・導入し、冷却・トラップ光源の安定化も見通しをつけている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にむけて、FrのMOT実現、および、光格子の確認を目指している。並行して進めているSrの冷却・トラップ技術と組み合わせることで、Fr-Srの冷却分子生成の基盤技術の確立を行う。現在、Frの電子再結合・MOT・光格子を行う真空チェンバーの設計が進んでおり、予定通り、研究を進めているが、covid-19の影響で、理研・放射線管理区域に入室できない状況が続くと、装置納入、立ち上げの時期が非常に限られる。特に、現在、Fr生成として、短寿命の210Frをオンラインで生成する上記の方法とともに、genaratorとして長寿命の225Acを生成し、そのアルファ崩壊から得られる221Frをオフラインで実験できる装置を開発しているが、理研での工事が停止した状態で、こちらの開発が中断している。そこで、加速器に依存しない方法として、Frと同じアルカリ原子で安定原子であるCs/Rbを用いて、実験装置の開発を継続して進め、実験室での活動復旧に伴って、円滑に研究を解析接続できるよう、調整していく予定である。
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