2021 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental determination of the transition energy with a cold molecular ion beam toward molecular ion clock development
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20K20110
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
木村 直樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80846238)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 冷却分子イオンビーム / イオン蓄積リング / 分子イオン分光 / 輻射冷却 / 実験室プラズマ / 中性粒子検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、理化学研究所の極低温静電型イオン蓄積リングRICEを用いて、分子イオン時計の候補となっている水素化カルシウムイオンCaH+の分光実験を行うことを目指して、研究を遂行した。新型コロナウイルス感染拡大によって実験活動が制限されたことも影響し、目的の分光実験を期間中に割り当てることは出来なかったが、分光実験に必要な環境の構築は完遂した。
まず、RICEに常設されている電子サイクロトロン共鳴型イオン源(ECRイオン源)を用いてCaH+と同じ質量をもつ分子イオンArH+を生成し、RICE内でのイオン蓄積テストを行った。精密なビームチューニングの結果、分光実験に十分な量のイオンを蓄積出来る実験パラメータを見出し、500秒の長時間蓄積にも成功した。これは、本課題が対象とする振動準位の冷却のみならず、回転準位の冷却の観測をも可能にする蓄積寿命であり、今後のRICE実験における輻射冷却過程観測の研究の幅が広がる成果であったといえる。次に、CaH+のイオンビームがレーザーアブレーションイオン源で生成可能であることをオフラインの実験で確認した。さらに、二光子共鳴解離過程によって生じる高速中性粒子を検出するために、レーザー光によるノイズの少ないグラフェン標的を用いた検出器を新たに開発した。これらの成功により、本イオンの分光実験の道筋が明確に示された。
また、新たに開発した高速中性粒子検出器は、RICEにおける別のイオンの実験に利用され、当初予定していなかった成果が多く積みあがっている。たとえば、本検出器を用いた二原子分子負イオンC2-のレーザー光電子脱離実験では、これまで観測されたことのない極めて高い励起状態からの電子脱離スペクトルを観測されている。また、直線三原子分子正イオンN2O+の実験においては、フェルミ共鳴の有無による振動冷却効果の違いを世界で初めて観測することに成功している。
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[Presentation] Laser spectroscopy of forbidden transitions between metastable excited states of I7+ in an electron beam ion trap2021
Author(s)
N. Kimura, Priti, Y. Kono, P. Pipatpakorn, K. Soutome, R. Kodama, N. Numadate, S. Kuma, T. Azuma, N. Nakamura
Organizer
The 32nd International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ViCPEAC 2021)
Invited
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