Study for the violation mechanism of fundamental symmetry using the cold atom/molecular interferometer with optical lattice

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H05601
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section B
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sakemi Yasuhiro 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90251602)
• 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) ; 青木 貴稔 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30328562) ; 羽場 宏光 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 室長 (60360624) ; 高峰 愛子 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (10462699) ; 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, リサーチフェロー (20780860)
• Project Period (FY): 2019-06-26 – 2024-03-31
• Keywords: 基本対称性 / 電気双極子能率 / バリオン生成 / 光格子重元素干渉計 / レーザー冷却分子

Outline of Final Research Achievements

To explore the origin of the violation of the matter-antimatter symmetry (CP symmetry), a new quantum measurement method was developed to measure the permanent electric dipole moment (EDM). An optical lattice atomic interferometer was developed to search for the radioactive isotope heavy element francium (Fr), which has the maximum electron EDM enhancement factor in atomic systems, using nuclear reactions and laser cooling techniques, with the EDM measurement sensitivity of 10^-29 ecm. Furthermore, by using the state of quantum entanglement, a method for EDM quantum sensing was demonstrated to achieve an accuracy of 10^-31 cm, paving the way for investigating the mass hierarchy structure of heavy unknown particles exceeding 10 TeV, including supersymmetric particles, in the next-generation precision fundamental physics.

Free Research Field

実験核物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙太古の歴史の中で、どのように反物質が消失していったか、その起源を探るために、量子補正効果として発 現する極めて微小な物質・反物質対称性の破れのシグナル(EDM)を増幅して超精密測定する新しい量子計測手 法を編み出した。この光格子原子干渉計と呼ばれる量子センサーは、EDMを高精度で測定するのと同時に、偽EDM 信号の要因となる環境磁場変動を超高精度で測定できるため、脳の磁気センサー(脳磁計)として、脳神経医学 への応用展開も可能である。