| Project/Area Number |
23K22419
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| Project/Area Number (Other) |
22H01148 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小林 淳 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50579753)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
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| Keywords | レーザー冷却 / 極低温分子 / 光共振器 / Rydberg状態 / 精密分光 / 極低温原子・分子 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、極低温分子を用いた研究が盛んである。分子は原子にはない特殊な性質を持つことから、その性質を生かした多様な研究が提案されている。他方で分子は構造が複雑であるため、実験上の様々な困難があり、それらを回避した新しい実験技術の開発が重要となっている。本研究では、高フィネスの光共振器と極低温分子を組み合わせた新しい実験手法で研究を進めている。①強い閉じ込め力を使った新しい極低温分子生成法の開発、②分子の超放射による高精度分光法の開発、③巨大なRydberg分子の生成実験、の3つを目標としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高フィネスの光共振器によって強度増幅されたレーザー光を用いて、極低温分子の研究をさらに発展させることを目標にした研究である。令和6年度の研究において、大きく分けて3つの研究に成功した。
1つはRydberg状態と6P状態が結合した新しいRydberg分子状態の実験的な発見である。従来の実験では、Rydberg状態と基底状態の原子が結合した分子、または2つのRydberg状態の原子が結合した分子が観測されていた。ところが我々は、6P状態を経由したRydberg状態への遷移を行っていたところ、6P状態とRydberg状態の原子が結合した新しい分子状態の信号を得ることに成功した。この実験はRydberg状態への励起に共振器増幅された強いレーザー光を用いることによってはじめて実現された実験である。
2つ目は、電子・陽子質量比の不変性検証に適した分子状態の特定である。電子と陽子の質量比はおよそ1:1836と知られているが、DarkMatter等の新粒子を仮定するとこの値が一定値ではなく、時間的に変動することが予言されている。分子の振動・回転エネルギーは電子・陽子質量比の変化に敏感に変化することが知られており、分子の精密分光によって電子・陽子質量比の不変性検証実験が実現されている。そのような実験に適した分子状態を、まず計算によって特定し、またその計算結果が正しいことを分光実験によっても確認できた。この研究でも共振器増幅された強いレーザー光を用いることによって実現されている。
3つ目は、共振器増幅されたCWレーザー光による極低温分子の光イオン化の実現である。従来、強い光強度を持つパルスレーザーを分子に対して照射することによって分子をイオン化して観測する手法が知られている。我々は共振器増幅されたレーザーを用いることでCWレーザーでも十分に光イオン化できることを実験的に示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に示した通り、Rydberg状態と励起状態の原子が結合した新しいRydberg分子状態の実験的な発見、電子・陽子質量比の不変性検証に適した分子状態の特定、光共振器増幅されたCWレーザーによる極低温分子の光イオン化の実現という3つの研究成果を実現することができた。
特に1つ目のRydberg状態と励起状態(6P状態)が結合した分子状態が観測されることは、当初は全く想定していなかったことであり、理論的にも十分に知られていない新しい現象である。2つ目の成果については、理論的な計算と実験的な測定を合わせて行うことで、不変性検証に適した分子状態を確実に特定できたと言える成果である。3つ目の成果は、従来のパルスレーザーを用いずに、CWレーザーのみで実験が実現できることを示している。これも当初の計画にはなかった成果である。CWレーザーはパルスレーザーに比較して、周波数的な広がりが非常に抑えられているため、高精度な分子分光実験につながることが期待できる。また実際にこれまで実験的には見られていない新しい分子状態の分光にも成功している。
以上の理由から、当初の計画以上の進展と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、令和6年度に実現された3つの研究成果をさらに発展させる。
1つ目のRydberg状態と励起状態の原子が結合した分子状態について、実験的に発見できたものの取得すべきデータとしてはまだ不十分であり、さらなる詳細な実験データの取得が必要である。またそれらの実験データの理論的な解析も不十分であるため、実験的・理論的両面からこの新しいRydberg分子状態の解明を進める。
2つ目の電子・陽子質量比の不変性検証実験においても、どの分子状態が検証実験に適しているかを特定できたものの、その状態の精密な分光実験には至っていない。今後は、マイクロ波遷移を用いた狭線幅な分光実験によって精密な分光を実現していく。
3つ目の成果であるCWレーザーを用いた光イオン化実験によって、すでに従来は観測できなかった分子の励起状態の分光実験に成功している。今後は、さらにその分光実験を継続する予定である。さらに、2つ目の研究成果で確定された電子・陽子質量比の不変性検証実験に適した分子状態の光イオン化実験に適用することで、分光実験のさらなる高精度化を実現していく方針である。
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