2009 Fiscal Year Annual Research Report
リュードベリ原子を用いたダークマターアクシオンの探索
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20340054
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今井 憲一 Kyoto University, 大学院・理学研究科, 教授 (70025493)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 明 京都大学, 低温物質科学センター, 准教授 (00229519)
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| Keywords | ダークマター / アクシオン / Rydberg原子 / 極低温 / 素粒子 |
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| Research Abstract |
宇宙のダークマター(暗黒物質)の存在は現代科学における最大の謎である。この研究の目的は、ダークマターとして我々のまわりに存在する可能性のあるアクシオンを、Rydberg原子(高励起原子)を用いて探索することである。この実験では10mK領域の極低温に保たれた共振空胴中にカリウムのRydberg原子を導入して、7Tの強磁場空胴中でアクシオンから転換されたマイクロ波光子をRydberg原子による吸収と選択的電離を利用して検出する。研究の目標は、10meV領域のアクシオンがダークマターとして存在するとした場合に予想される存在密度を十分超える感度で測定し、この方法の有効性を実証することである。このアクシオン探索装置において検出感度を制限していた問題点は、空胴及びフィールドイオン化検出電極部における浮遊電場によるシュタルク効果で準位の識別性が悪くなり、信号対雑音比(S/N)が悪くなることである。この影響を軽減するために、本研究では従来用いていたRb原子の代わりにK原子を用いることとして、K原子のRydberg状態のシュタルク効果の測定を試みた。ただしレーザーの高精度のコントロールが不十分なこともわかり、今年度はダイレーザーに変えてより制御の容易な半導体レーザーを導入した。さらに希釈冷凍機を運転して数10mKまで装置を冷却した。今年度で装置の準備が一応整ったので今後はK原子シュタルク効果を測定して、検出感度をさらに増大させた上で、まず低温での黒体輻射を測定し探索を開始する。またこの研究(CARIUCK)は、いくつかの新聞、雑誌から取材を受けそれらに紹介された。
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