2012 Fiscal Year Annual Research Report
電子ＥＤＭ探索に向けて：光トラップ中での冷却分子生成
Publicly Offered Research
| Project Area | Extreme quantum world opened up by atoms -towards establishing comprehensive picture of the universe based on particle physics- |
|---|
| Project/Area Number |
24104701
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
鳥井 寿夫 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (40306535)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
|
| Keywords | レーザー冷却 / EDM / 2種原子混合系 / 光会合 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の電気双極子能率（EDM）探索として、極性分子の内部電場を利用することで、実験室では作れないような強い電場を用いた高感度なEDM測定が期待されているが、レーザー冷却された原子２つをフェッシュバッハ共鳴により結合して分子を生成し、強い内部電場を持ち相互作用時間が長い冷却SrLi 分子によるEDM 探索実験を提案した。
申請者らはLi とSr 原子の同時磁気光学トラップに成功しており、本研究ではさらに実験を進めて光トラップ中での協同冷却を行い、フェッシュバッハ共鳴によりLiSr 分子生成を行う。また、光会合分光により、LiSr 分子のエネルギー構造を解明する。
LiSr同時量子縮退のためには、Liとアルカリ原子混合系の研究が重要であり、今年度は、Liレーザー冷却用光源の周波数安定化を、バッファガス中での偏光分光法を用いて行った。このとき、バッファガスの圧力を調整することで、偏光分光信号が大きくなることを発見し、理論モデルにより実験結果のメカニズムを解明することができた。これは通常のアルカリ原子系ではなく、6Liに特有の現象である。
我々はLiRbの同時MOTを行い、CCDによる観測系を構築して、Li原子を300μKにまで冷却することができた。光ポンピングによるスピン偏極を用いながら磁気トラップへ移行した。マイクロ波を用いた蒸発冷却装置を開発し、6.8 GHzのマイクロ波によりF=2, mF=2状態のRb原子BECの生成に成功した。そして、Li原子をRbに混ぜることで協同冷却を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Li原子のレーザー冷却光源の周波数安定化のために、Liヒートパイプを用いた偏光分光を行った。6Li原子は励起状態の超微細構造が自然幅程度のため、光ポンピングが働きスピン偏極を壊すため偏光分光は難しいと考えられるが、Arガスによるバッファガスを導入することで、偏光分光信号を大きくすることに成功した。これは従来の偏光分光では起こらない6Liに特有の現象である。これにより周波数安定化を行うことができた。
MOTされたLi原子集団の温度評価を行うため、CCDによりプローブ光吸収画像を撮影する観測系を構築した。この観測系を用いて、MOT光の離調周波数を時間的に変化させることで、ドップラー冷却により6Li原子の温度を300μKにまで冷却することができた。
Li原子集団のさらなる冷却のため、磁気トラップ用のクローバーリーフコイルとフェッシュバッハコイルを開発した。クローバーリーフコイルは3次元的に調和振動子型ポテンシャルを作ることができるが、通常のアルカリ原子実験に比べて6Li原子は偏光勾配冷却が効かないため温度が高く、強い磁気曲率が必要となる。我々は、curvatureコイルとanti-bias コイルの水冷ポートを２つに分けることで磁気曲率240 G/cm2、gradient コイルは磁場勾配475 G/cm、Feshbachコイルは1100 Gを作ることができる。このコイルを用いて、Rb原子とLi原子の磁気トラップに成功した。
Rbに共鳴する6.8 GHzマイクロ波による蒸発冷却システムを構築し、実際に蒸発冷却を行うことで、F=2, mF=2のRb原子BEC生成に成功した。そしてLi原子を加えることで、協同冷却が働くことを確認できた。まだフェルミ縮退まではできていないが、ここまで初年度に達成できたことは、おおむね順調、と考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度にRbとLiで培った同時MOT技術と観測技術を用いて、今年度は同時MOTしたLiとSr原子を光トラップへ移行する。光トラップされる原子数を増大するためには、光トラップのポテンシャルよりも原子の温度を下げることが効果的である。そこでSr原子のさらなるレーザー冷却を試みる。Sr原子の2段目のレーザー冷却として、波長689 nmの狭線幅のレーザー遷移がある。この遷移は線幅が狭いため、レーザー光の線幅狭窄化が重要となる。
レーザー光源としてリットマン型の外部共振器型半導体レーザーを作製する。このレーザー光にEOMでサイドバンドを発生させたものを、ULE共振器へと入射しその反射光を用いて、PDH法によりレーザー光源の線幅狭窄化を行う。線幅が狭くなった689 nm光源によりSr原子のレーザー冷却を行い、数μKオーダーの温度を実現する。
SrとLi原子集団を光トラップへ移行し、協同冷却を行うことで同時量子縮退を実現する。そして磁場を印加することでフェッシュバッハ共鳴を探索し、共鳴付近で分子生成を行う。
また、極低温原子集団に非共鳴光を照射することで光会合を行い、LiSr分子分光を行うことで分子構造を解明する。
|
