Experimental verification of hyperfine interactions using highly charged ions in a low magnetic field

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K13990
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Kimura Naoki 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): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 多価イオン / 極低温静電型イオン蓄積リング / 超微細相互作用 / 超微細構造 / 超微細誘起遷移 / 孤立多価イオン

Outline of Final Research Achievements

We performed ion-beam storage experiments using the RIKEN cryogenic electrostatic ion-beam storage ring (RICE) toward experimental verification of the hyperfine interaction of highly charged ions. In the proof-of-principle experiment, we achieved the long-time storage (~1 sec) of the Ne-like Cl7+ ion beam. We also succeeded in observing extreme ultraviolet emissions from the stored ion beam.
In addition, we performed spectroscopic experiments for highly charged ions using a compact electron beam ion trap that can operate in a low magnetic-free field.

Free Research Field

原子分子物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多価イオンは、相対性理論や量子電磁力学の影響を大きく受ける特異な原子である。その原子構造及びダイナミクスは、基礎物理を研究するための非常に良い題材として広く知られている。また近年、マルチメッセンジャー天文学、核融合プラズマ、短波長光源開発など、多種多様な応用用途が見つかり、その研究需要は尽きる気配が無い。多価イオンを空間捕捉する実験の先行研究を概観すると、多くの実験が磁場中に多価イオンを閉じ込める方式を取っている。多価イオンを磁場のない環境に長時間捕捉することに成功した本研究成果は、磁場中で観測が困難な準位構造やダイナミクスの研究に繋がり、大きな意義を持つ。