Experimental determination of the transition energy with a cold molecular ion beam toward molecular ion clock development

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20110
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Naoki Kimura 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80846238)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 冷却分子イオンビーム / イオン蓄積リング / 分子分光 / 輻射冷却 / 実験室プラズマ / 中性粒子検出

Outline of Final Research Achievements

We have performed the cold molecular ion beam experiments with the RIKEN cryogenic electrostatic ion storage ring RICE to contribute realization of "Molecular ion clocks".
The molecular ion beam of CaH+, our original target, was successfully generated. Additionally, we succeeded in the long-time storage of the ArH+ ion beam, which has the same mass as CaH+.
In the relevance experiment, we studied rovibrational molecular structures and radiative cooling of C2- and N2O+ ions stored in RICE. The knowledge obtained through these experiments may contribute to the CaH+ spectroscopy.

Free Research Field

原子分子物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題の成果によって、CaH+の分光実験の道筋がつけられた。今後、分子イオン時計の実現に向けて最も重要な振動遷移波長の分光情報が得られるものと期待される。
また、本課題で整備された検出器は、C2-,N2O+など他のイオンの分光およびイオン蓄積実験に活用され、当初予定していなかった知見が数多く積みあがっている。本知見は、このような二原子分子、三原子分子の長時間ダイナミクスにのみ現れる特異的な効果を検証する、より野心的な研究課題へと引き継がれている。