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2011 Fiscal Year Research-status Report

ボース凝縮体の超高分解能分光によるナノスケールでの重力法則の検証

Research Project

Project/Area Number 23654086
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高橋 義朗  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40226907)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2013-03-31
Keywordsボーズ凝縮 / 重力法則 / 高分解能分光 / ナノスケール / モット絶縁体
Research Abstract

本研究では、運動を制御された原子を二つ用意してその間にナノメータースケールで働く力を超高精度に測定することにより、重力の補正項の上限値を決定することを目的としており、そのために、ボース・アインシュタイン凝縮した原子集団を光格子と呼ばれる周期的なポテンシャルに導入し、特に、一つの格子点に二つの原子がある状態:モット絶縁体状態を用意し、それから2光子を用いた光会合分光を行い、分子の幾つかの束縛エネルギーを決定した。本研究では、重く、原子間ポテンシャルが単一であるイッテルビウム(Yb)原子の168Yb,170Yb, 174Ybの3つの同位体についての、分子の振動状態の広がりがナノメータースケールのものである、1GHz以下の共鳴周波数に対応する合計8つの束縛エネルギーを1kHzレベルで精密に測定を行うことに成功した。 特に注意すべき系統的誤差として、光会合光によるエネルギーシフト、原子間相互作用によるシフト、原子と分子の分極率の違いによるシフト、を考慮し、全て、光会合光強度依存性、原子数依存性、光トラップ光強度依存性、を測定することにより、取り除くことに成功した。 その結果、全てのデータを用いて、単純なC6, C8, C12という3つのパラメーターでフィッティングした結果、100kHz程度の明らかな不一致を確認した。これは単純なモデルではすでに説明できないほど実験データが正確になったことを意味しており、その食い違いを説明する理論の必要性を示した意味で重要な結果であると考えている。また、以上の測定から、原子と分子の散乱長を決定することに成功した。また、光格子中で2重占有のサイトと3重占有のサイトからの光会合共鳴のシフトを観測し、原子と分子の散乱長との無矛盾性を議論した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していたとおり、複数の同位体に対してその複数の束縛状態について束縛エネルギーを1kHzの精度で決定することに成功、そのデータを用いて理論モデルとフィッテイングした結果質量に依存しない単純な3パラメーターモデルでは説明できないことを発見、を成果として得ている。さらに、原子・分子相互作用の決定まで実現し、新しい知見を得ている。したがって、研究は順調に推移していると言える。

Strategy for Future Research Activity

研究は順調に進んでおり、特に大きな変更は必要なく、当初の計画通り進めることで、研究目的を達成できると考えている。今後は、176Yb、171Yb, 173Ybなど他の同位体についても、複数の束縛状態について束縛エネルギーを決定し、さらに高精度なデータを集める。それとともに、ボルン・オッペンハイマー近似の破れの効果から生じる質量(同位体)依存性を理論研究者とともに、評価する。これにより、本研究の目的である重力の近距離補正の制限決定を達成できると考えている。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

H24年度においては、これまでに開発した手法を引き続き用いるため、装置の大きな変更なく、おもに消耗品である光学部品に使用して、上記の研究を行う。研究計画に変更はない。

  • Research Products

    (30 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (21 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Optical magnetic resonance imaging with an ultra-narrow optical transition2012

    • Author(s)
      S. Kato, K. Shibata, R. Yamamoto, Y. Yoshikawa, and Y. Takahashi
    • Journal Title

      Appl. Phys.

      Volume: B 108 Pages: 31-38

    • DOI

      DOI:10.1007/s00340-012-4893-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlled Production of Sub-Radiant States of a Diatomic Molecule in an Optical Lattice2012

    • Author(s)
      Yosuke Takasu, Yutaka Saito, Yoshiro Takahashi, Mateusz Borkowski, Roman Ciurylo, and Paul S. Julienne
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 108(17) Pages: 173002-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.173002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bose-Einstein condensate in gases of rare atomic species2011

    • Author(s)
      Seiji Sugawa, Rekishu Yamazaki, Shintaro Taie, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Phys. Rev.

      Volume: A 84 Pages: 011610-1-4

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevA.84.011610

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interaction and filling-induced quantum phases of dual Mott insulators of bosons and fermions2011

    • Author(s)
      Seiji Sugawa, Kensuke Inaba, Shintaro Taie,Rekishu Yamazaki, Makoto Yamashita, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 7 Pages: 642-648

    • DOI

      DOI:10.1038/nphys2028

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement schemes for the spin quadratures on an ensemble of atoms2011

    • Author(s)
      R. Namiki, S.-I.-R. Tanaka, T. Takano, and Y.Takahashi
    • Journal Title

      Applied Physics B

      Volume: 105 Pages: 197-201

    • DOI

      DOI:10.1007/s00340-011-4717-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum Degenerate Mixtures of Alkali and Alkaline-Earth-Like Atoms2011

    • Author(s)
      Hideaki Hara, Yosuke Takasu, YoshifumiYamaoka, John M. Doyle, and YoshiroTakahashi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 106 Pages: 205304-1-4

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.106.205304

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoassociative production of ultracold heteronuclear ytterbium molecules2011

    • Author(s)
      Mateusz Borkowski, Roman Ciurylo, Paul S. Julienne, Rekishu Yamazaki, Hideaki Hara, Katsunari Enomoto, Shintaro Taie, Seiji Sugawa, Yosuke Takasu, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 84 Pages: 030702-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.84.030702

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Prospects of the Ultra-Narrow Optical Feshbach Resonances in Yb Quantum Simulator2012

    • Author(s)
      山崎歴舟、中村悠介、田家慎太郎、素川靖司、高橋義朗
    • Organizer
      Ultracold Gases: Superfluidity and Strong Correlations (USS-2012)(招待講演)
    • Place of Presentation
      東京理科大学神楽坂キャンパス森戸記念会館(東京都)
    • Year and Date
      2012 – 113
  • [Presentation] Experimental Realization of the SU(N) Hubbard Model with Ultracold Atomic Fermi2012

    • Author(s)
      Shintaro Taie, Rekishu Yamazaki, Seiji Sugawa, Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      Ultracold Gases: Superfluidity and Strong Correlations (USS-2012)(招待講演)
    • Place of Presentation
      東京理科大学神楽坂キャンパス森戸記念会館(東京都)
    • Year and Date
      2012 – 111
  • [Presentation] Spectroscopic study of the Mott-insulator transition with an atomic clock transition2011

    • Author(s)
      Shinya Kato, Makoto Yamashita,Kosuke Shibata, Ryuta Yamamoto,Yutaka Yoshikawa,and Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      Quantum Information Processing and Communication (QIPC) 2011
    • Place of Presentation
      ETH Zurich(Switzerland)
    • Year and Date
      2011 – 95-201199
  • [Presentation] 光格子中のフェルミ原子SU(6)モット絶縁体におけるスピン自由度と断熱冷却2011

    • Author(s)
      田家慎太郎、山崎歴舟、素川靖司、中村悠介、高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県富山市)
    • Year and Date
      2011 – 924
  • [Presentation] 極低温イッテルビウム原子の超精密光会合分光とその重力逆二乗則の検証への応用2011

    • Author(s)
      山田裕貴、高橋走、菊地悠、高須洋介、榎本勝成、安東正樹、高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県富山市)
    • Year and Date
      2011 – 924
  • [Presentation] 量子フィードバック制御による量子ノイズの圧搾2011

    • Author(s)
      井上遼太郎、田中慎一郎、並木亮、沙川貴大、高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県富山市)
    • Year and Date
      2011 – 924
  • [Presentation] 超流動-Mott絶縁体相転移の超高分解能レーザー分光2011

    • Author(s)
      加藤真也、山下眞、柴田康介、山本隆太、吉川豊、高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県富山市)
    • Year and Date
      2011 – 924
  • [Presentation] アルカリ原子とアルカリ土類様原子の同時量子縮退の実現2011

    • Author(s)
      原秀明、高須洋介、中島秀太、小西秀樹、John M.Doyle、高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県富山市)
    • Year and Date
      2011 – 924
  • [Presentation] Quantum Simulation Using Two-Electron Atoms2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      Bose-Einstein Condensation 2011 Frontiers in Quantum Gases(招待講演)
    • Place of Presentation
      Costa Brava(Spain)
    • Year and Date
      2011 – 913
  • [Presentation] Quantum Gas with SU(N) Symmetry2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      ULT2011(招待講演)
    • Place of Presentation
      Daejeon( Korea)
    • Year and Date
      2011 – 821
  • [Presentation] 冷却原子スピン系における量子雑音の動的制御、非平衡系の物理2011

    • Author(s)
      井上遼太郎、田中慎一郎、並木亮、沙川貴大、高橋義朗
    • Organizer
      非平衡系の物理 -ミクロとマクロの架け橋(招待講演)
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所湯川記念館(京都府京都市)
    • Year and Date
      2011 – 818
  • [Presentation] Quantum Simulation Using Two-Electron Atoms2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)(招待講演)
    • Place of Presentation
      Beijing(China)
    • Year and Date
      2011 – 812
  • [Presentation] Spin Dependent Collisions of Ultracold Metastable Atoms2011

    • Author(s)
      Satoshi Uetake, Ryo Murakami, John M. Doyle, Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      Gordon Research Conferences (Atomic Physics)
    • Place of Presentation
      West Dover, VT(USA)
    • Year and Date
      2011 – 629-2011630
  • [Presentation] Novel Quantum Phases of Ytterbium Atoms in an Optical Lattice2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      Gordon Research Conferences (Atomic Physics)(招待講演)
    • Place of Presentation
      West Dover, VT(USA)
    • Year and Date
      2011 – 629
  • [Presentation] Mott Insulator of Multi-Component Fermi Gases of Ytterbium in Optical Lattices2011

    • Author(s)
      田家慎太郎、素川靖司、山崎歴舟、高橋義朗
    • Organizer
      20th International Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS 2011)
    • Place of Presentation
      Aerzen(Germany)
    • Year and Date
      2011 – 531
  • [Presentation] Realization of an enlarged spin Symmetry of femions in an atomic gas2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      20th International Conference on Laser Spectroscopy ICOLS 2011(招待講演)
    • Place of Presentation
      Aerzen(Germany)
    • Year and Date
      2011 – 530
  • [Presentation] Quantum degenerate mixtures of alkali and alkaline-earth-like atoms2011

    • Author(s)
      原秀明、高須洋介、山岡義史、John M. Doyle、高橋義朗
    • Organizer
      20th International Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS 2011)
    • Place of Presentation
      Aerzen(Germany)
    • Year and Date
      2011 – 530
  • [Presentation] SU(6) Fermi system in an optical lattice2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      Quantum Magnetism in Ultracold Atoms(招待講演)
    • Place of Presentation
      Haifa(Israel)
    • Year and Date
      2011 – 517
  • [Presentation] 超低温イッテルビウム原子:量子シミュレーションと精密測定への応用2011

    • Author(s)
      高橋義朗
    • Organizer
      理研セミナー(招待講演)
    • Place of Presentation
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • Year and Date
      2011 – 1220
  • [Presentation] High-Resolution Spectroscopy of Ultracold Quantum Gas2011

    • Author(s)
      Y.Takahashi
    • Organizer
      Workshop of Cold Antimatter and High Precision Physics(招待講演)
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ(島根県松江市)
    • Year and Date
      2011 – 1129
  • [Presentation] Few-body and Many-Body Problems in an Optical Lattice2011

    • Author(s)
      高橋義朗
    • Organizer
      Todai/Riken Meeting on Cold Atoms and Nucleons(招待講演)
    • Place of Presentation
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • Year and Date
      2011 – 1028
  • [Book] 固体物理〈動的光物性の新展開〉特集号, Vol.46, No.11光格子を用いた量子シミュレーション2011

    • Author(s)
      田家慎太郎,素川靖司,山崎歴舟,高橋義朗
    • Total Pages
      216(121-128)
    • Publisher
      株式会社 アグネ技術センター
  • [Remarks]

    • URL

      http://yagura.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2013-07-10  

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