新型核スピンメーザーの電気双極子モーメント測定への適用

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21244029
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 旭 耕一郎 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (80114354)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古川 武 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (30435680) ; 上野 秀樹 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 主任研究員 (50281118)
• Project Period (FY): 2009-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 原子核実験 / 核スピンメーザー / 精密周波数計測 / 原子EDM / CP非保存

Research Abstract

スピンメーザーはスピン歳差を無制限の長さの時間維持する機構である。本研究では、低磁場で発振が可能な新しいタイプのスピンメーザーである光検出・外部フィードバック型核スピンメーザーを開発し、これを核スピンの歳差計測が本質的な役割を果たす129Xe原子の永久電気双極子モーメント（EDM）の高感度探索に応用する。
前年度までの開発で、129Xeのメーザー発振の周波数精度に129Xeガス封入セルの温度変化に伴うRb原子の数密度変化が大きく影響することを明らかにし、これを抑制するためのダブルセル形状のガスセル開発を行ってきた。ダブルセル形状を採用することで、磁場の長期的な変動を抑制するための3He共存磁力計の本来の性能を発揮することが期待されるが、この新規形状では129Xeのメーザー発振が達成できているものの、3Heに対しては達成できていなかった。3HeではRbとのスピン交換率が低いため、発振において横偏極緩和時間が決定的な役割を担う。そこで、平成25年度は3Heの横偏極緩和時間を改善するために、磁場一様性の改善を実施した。横偏極緩和時間には測定環境の磁場の一様性が直接的に影響するため、大型三層磁気シールドを設計製作し、これまでの磁気シールドに比べて磁気遮断率にして10倍以上の改善を達成した。また、静磁場発生用コイルも新たに設計製作し、セル全体が磁場勾配にして5 μG/cm以内の範囲に収まる測定環境を得た。その結果、3Heの横緩和時間として2000秒以上を達成（従来よりも2桁以上の改善）した。その結果、3Heに対してもメーザー発振を行うことに成功した。これにより、3He共存磁力計を組み合わせた能動帰還型129Xe核スピンメーザーの本来の性能が発揮できるシステムが実現したことになり、目標とする1 nHzの周波数決定精度をめざし、未踏の領域の129XeのEDM測定への足がかりが得られた。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Active nuclear spin maser oscillation with double cell (2014)
  • Author(s): E. Hikota, T. Furukawa, H. Ueno, K. Asahi et al
  • Journal Title: EPJ Web of Conf Volume: 66 Pages: 05005
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for Electric Dipole Moment in ^<129>Xe Atom Using a Nuclear Spin Oscillator (2014)
  • Author(s): K. Asahi, Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, T. Suzuki, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo and T. Fukuyama
  • Journal Title: Physics of Particles and Nuclei Volume: 45 Pages: 199-201
  • DOI: 10.1134/S1063779614010080
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An effective method for trapping ion beams in superfluid helium for laser spectroscopy experiments (2014)
  • Author(s): X. F. Yang, T. Furukawa, T. Wakui, K. Imamura, H. Fujita, Y. Mitsuya, M. Hayasaka, Y. Ichikawa, Y. Ishibashi, H. Shirai, Y. Ebara, A. Hatakeyama, M. Wada, T. Sonoda, T. Ito, T. Kobayashi, S. Nishimura, M. Nishimura, Y. Kondo, K. Yoneda, H. Ueno , T.Shinozuka, T. Shimoda , K. Asahi, Y. Matsuo
  • Journal Title: European Physical Journal: Web of Conferences Volume: 66 Pages: 11041
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146611041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for electric dipole moment in ^<129>Xe atom using active nuclear spin maser (2014)
  • Author(s): Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, Y. Sakamoto, T. Suzuki, C. P. Bidinosti, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Journal Title: European Physical Journal: Web of Conferences Volume: 66 Pages: 05007
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 多種多様なRIビームのスピンを操る (2013)
  • Author(s): 市川雄一，上野秀樹
  • Journal Title: 日本物理学会誌 Volume: 68(12) Pages: 823-827
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel method for the production of spin-aligned RI beams in projectile fragmentation reaction with the dispersion matching technique (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, H. Ueno, Y. Ishii, T. Furukawa, A. Yoshimi, D. Kameda, H. Watanabe, N. Aoi, K. Asahi, D. L. Balabanski, R. Chevrier, J. M. Daugas, N. Fukuda, G. Georgiev, H. Hayashi, H. Iijima, N. Inabe, T. Inoue, M. Ishihara, T. Kubo, T. Nanao, T. Ohnishi, K. Suzuki, M. Tsuchiya, H. Takeda, M. M. Rajabali
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 220 Pages: 47-51
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0682-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear spin maser and experimental search for ^<129>Xe atomic EDM (2013)
  • Author(s): T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, M. Uchida, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 220 Pages: 59-63
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0751-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Momentum dependence of spin polarization for beta emitting nuclei produced through charge exchange reaction at intermediate energy (2013)
  • Author(s): S. Momota, M. Mihara, D. Nishimura, M. Fukuda, Y. Kamisho, M. Wakabayashi, K. Matsuta, S. Suzuki, M. Nagashima, S. Zhu, D. Yuan, Y. Zheng, Z. Yi, P. Fan, T. Izumikawa, A. Kitagawa, S. Sato, M. Kanazawa, M. Torikoshi, T. Minamisono, Y. Nakamura, K. Tashiro, A. Honma, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ohtsubo, et al.
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 220 Pages: 53-58
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0741-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of stopping position of radioactive ion beam in superfluid helium for laser spectroscopy experiments (2013)
  • Author(s): X. F. Yang, T. Furukawa, T. Wakui, K. Imamura, H. Tetsuka, T. Fujita, Y. Yamaguchi, Y. Tsutsui, Y. Mitsuya, Y. Ichikawa, Y. Ishibashi, N. Yoshida, H. Shirai, Y. Ebata, M. Hayasaka, S. Arai, S. Muramoto, A. Hatakeyama, M. Wada, T. Sonoda, Y. Ito, T. Kobayashi, S. Nishimura, M. Nishimura, Y. Kondo, K. Yoneda, et al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 599-602
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a helium cryostat for laser spectroscopy of atoms with unstable nuclei in superfluid helium (2013)
  • Author(s): K. Imamura, T. Furukawa, T. Wakui, X. F. Yang, Y. Yamaguchi, H. Tetsuka, Y. Mitsuya, Y. Tshutshui, T. Fujita, Y. Ebara, M. Hayasaka, S. Arai, S. Muramoto, Y. Ichikawa, Y. Ishibashi, N. Yoshida, H. Shirai, A. Hatakeyama, M. Wada, T. Sonoda, Y. Ito, H. Odashima, T. Kobayashi, H. Ueno, T. Shimoda, K. Asahi, Y. Matsuo
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 595-598
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.08.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a new device control system for β-NMR measurements (2013)
  • Author(s): N. Yoshida, H. Ueno, A. Yoshimi, Y. Ishibashi, Y. Ichikawa, Y. Abe, K. Asahi, M. Chikamori, T. Fujita, T. Furukawa, E. Hikota, D. Nagae, Y. Ohtomo, Y. Saito, H. Shirai, T. Suzuki, X. F. Yang
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 705-709
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.08.057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an adiabatic field rotation system to measure spin polarization of unstable nuclei (2013)
  • Author(s): Y. Ishibashi, N. Yoshida, H. Ueno, A. Yoshimi, Y. Ichikawa, Y. Abe, K. Asahi, M. Chikamori, T. Fujita, T. Furukawa, E. Hikota, D. Nagae, Y. Ohtomo, Y. Saito, H. Shirai, T. Suzuki, X. F. Yang, N. Sakamoto
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 714-716
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.08.059
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-aligned RI beams via two-step fragmentation reactions (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, H. Ueno, Y. Ishii, T. Furukawa, A. Yoshimi, D. Kameda, H. Watanabe, N. Aoi, K. Asahi, D. L. Balabanski, R. Chevrier, J. M. Daugas, N. Fukuda, G. Georgiev, H. Hayashi, H. Iijima, N. Inabe, T. Inoue, M. Ishihara, T. Kubo, T. Nanao, T. Ohnishi, K. Suzuki, M. Tsuchiya, H. Takeda, M. M. Rajabali
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B Volume: 317 Pages: 769-773
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.04.071
  • Peer Reviewed
• [Presentation] EDM測定のためのスピンメーザーデジタルフィードバックシステム (2014)
  • Author(s): 小島修一郎, 佐藤智哉, 市川雄一, 大友祐一, 坂本雄, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] EDM測定に向けた改良型磁場安定化システムの構築と性能評価2 (2014)
  • Author(s): 坂本雄, C. P. Bidinosti, 市川雄一, 佐藤智哉, 大友祐一, 小島修一郎, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋,猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] ^<129>Xe/^3He共存セルの性能評価 (2014)
  • Author(s): 大友祐一, 市川雄一, 佐藤智哉, 坂本雄, 小島修一郎, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] ^3He共存磁力計の導入による129Xe原子EDM測定実験III (2014)
  • Author(s): 佐藤智哉, 市川雄一, 大友祐一, 坂本雄, 小島修一郎, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 中性子過剰核S同位体の核磁気モーメント (2014)
  • Author(s): 白井葉月, 市川雄一, 上野秀樹, 石橋陽子, 鈴木貴大, 古川武, 吉見彰洋, 阿部康志, 旭耕一郎, J. M. Daugas, 藤田朋美, 早坂美季, 今村慧, 岸翔太, 小島修一郎, 長江大輔, 中尾愛子, 大友祐一, 嵯峨山翼, 坂本雄, 佐藤智哉
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] スピン操作したRIビームの生成 (2014)
  • Author(s): 市川雄一
  • Organizer: 第8回日本物理学会若手奨励賞受賞記念講演，日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
  • Invited
• [Presentation] Co-magnetometry with ^<129>Xe/^3He dual active spin maser technique (2014)
  • Author(s): T. Sato, Y. Ichikawa, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Study of EDM cell with coexisting ^<129>Xe/^3He (2014)
  • Author(s): Y. Ohtomo, Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Sakamoto, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Performance test of improved magnetic field stabilization system for EDM measurement (2014)
  • Author(s): Y. Sakamoto, C. P. Bidinosti, Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Ohtomo, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Digital feedback system for active spin maser (2014)
  • Author(s): S. Kojima, T. Sato, Y. Ichikawa, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Search for electric dipole moment of ^<129>Xe using active nuclear spin maser (2014)
  • Author(s): Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] 能動帰還型核スピンメーザーを用いた^<129>Xe原子永久電気双極子能率の探索 (2013)
  • Author(s): 佐藤智哉
  • Organizer: 光領域および精密周波数発生の回路技術調査専門委員会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20131217-20131217
  • Invited
• [Presentation] Spin masing, and looking for an atomic EDM of nuclear origin (2013)
  • Author(s): K. Asahi
  • Organizer: Physical Research Laboratory Colloquium
  • Place of Presentation: Physical Research Laboratory, Ahmedabad, India
  • Year and Date: 20131205-20131205
  • Invited
• [Presentation] Nuclear EDM (2013)
  • Author(s): 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-23
  • Invited
• [Presentation] ^<129>Xe/^3Heの偏極生成及び緩和機構 (2013)
  • Author(s): 大友祐一, 市川雄一, 佐藤智哉, 坂本雄, 鈴木貴大, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-20130923
• [Presentation] ^3He共存磁力計のダブルセルへの適用 (2013)
  • Author(s): 佐藤智哉, 市川雄一, 大友祐一, 坂本雄, 鈴木貴大, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-20130923
• [Presentation] ^3He共存磁力計の導入による129Xe原子EDM測定実験II (2013)
  • Author(s): 市川雄一, 佐藤智哉, 大友祐一, 坂本雄, 鈴木貴大, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-20130923
• [Presentation] Experimental search for atomic EDM in ^<129>Xe using active nuclear spin maser (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 3rd International Workshop on the Physics of fundamental symmetries and Interactions at low energy and the precision frontier (PSI2013)
  • Place of Presentation: Paul Sherrer Institut, Villigen, Switzerland
  • Year and Date: 20130909-20130912
• [Presentation] Construction and performance test of improved magnetic field stabilization system for EDM measurement (2013)
  • Author(s): Y. Sakamoto, C. P. Bidinosti, Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, T. Suzuki, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: The 25th International Nuclear Physics Conference (INPC 2013)
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 20130602-20130607
• [Presentation] Active nuclear spin maser oscillation with double cell (2013)
  • Author(s): E. Hikota, M. Chikamori, Y. Ichikawa, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, T. Suzuki, C. P. Bidinosti, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: The 25th International Nuclear Physics Conference (INPC 2013)
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 20130602-20130607
• [Presentation] Search for electric dipole moment in ^<129>Xe atom using active nuclear spin maser (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, Y. Sakamoto, T. Suzuki, C. P. Bidinosti, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: The 25th International Nuclear Physics Conference (INPC 2013)
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 20130602-20130607