新型核スピンメーザーによる^<129>Xeの電気双極子モーメントの超高感度探索

• 研究課題/領域番号: 15104003
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 旭 耕一郎 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (80114354)
• 研究分担者: 内田 誠 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (90397042) ; 吉見 彰洋 東京工業大学, 理化学研究所, 研究員 (40333314) ; 酒井 健二 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40272661)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 98,800千円 (直接経費: 76,000千円、間接経費: 22,800千円); 2007年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2006年度: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2005年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2004年度: 22,360千円 (直接経費: 17,200千円、間接経費: 5,160千円); 2003年度: 27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円)
• キーワード: 電気双極子モーメント / CP非保存 / 標準模型 / 超対称性模型 / 核スピンメーザー / 光ポンピング / 原子核物理学 / スピン偏極 / 磁場の安定化 / 低周波核スピンメーザー / 磁気シールド / スピン歳差

研究概要

素粒子の崩壊に現れ、また宇宙の物質-反物質非対称の原因ともいわれるCP非保存の起源は謎のままである。標準理論はCP非保存をK-M行列要素の位相として組み込むが、この形のCP非保存は電気双極子モーメント(EDM)に非常に小さな値しか与えない。一方、超対称理論など標準理論を超える理論はEDMに有限な値を予言する。本研究は、このようにEDMが標準理論を超える物理をプローブする有望な観測量であることに着目し、CP非保存を通じた素粒子像の解明のために新しいタイプの核スピンメーザーによる129Xe原子EDM高感度探索手法を開発した。
EDMの高感度検出には、スピン歳差周波数の電場反転に伴う変化を検出する必要がある。このため当グループ発案による、光ポンピング法で偏極した129Xe原子核スピンの歳差をmGレベルの低磁場において半永久的に維持する光検出-外部帰還型核スピンメーザーを実現、スピン歳差持続の実証を行なった。ついで磁気シールドの強化、ソレノイド磁場の均一性・安定度の改良、高精度の磁場計測技術と歳差検出手法の開発を行なった。その結果、歳差周波数精度がΔv∝1/T^<1〜3/2>と測定時間Tとともに急速に向上することを確認、T=30000sの測定時間でΔv=9.3nHz(Δd〜9×10^<-28>ecmに相当)の周波数精度に到達した。また一連の性能評価実験から、これより長時間では昼間の気温上昇や送電線・電車走行等に起因すると見られる周波数変動が問題となることがわかった。これらの結果は、今後のEDM本格測定に向けた装置高度化への明確な指針と、現在の129Xe原子EDM実験上限値の1-2桁下の領域の探索への目途を与えた。また八重極集団性のために2-3桁増強されたEDMを持つと期待される不安定領域の原子核をも対象とすべく、EDM実験に向けた停止・収集・引き出しの技術を開発し、4%の収集効率を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] "Optical-coupling nuclear spin maser under highly stabilized low static field" (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshimi, M. Uchida, T. Inoue, N. Hatakeyama, and K. Asahi
  • 雑誌名: Hyperfine Interact. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical-coupling nuclear spin maser under highly stabilized low static field (2008)
  • 著者名/発表者名: H., Yoshimi, M., Uchida, T., Inoue, N., Hatakeyama, K., Asahi
  • 雑誌名: Hyperfine Interact. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] "Search for Atomic EDM with Optical-Coupling Nuclear Spin Oscillator" (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Asahi, M. Uchida, A. Yoshimi, T. Inoue, and N. Hatakeyama
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 915 ページ: 206-211
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Developments of atomic beam resonance method with RI beams" (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, et. al.
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 915 ページ: 849-852
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for Atomic EDM with Optical-Coupling Nuclear Spin Oscillator (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Asahi, M., Uchida, A., Yoshimi, T., Inoue, N., Hatakeyama
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 915 ページ: 206-211
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Developments of atomic beam resonance method with RI beams (2007)
  • 著者名/発表者名: A., Yoshimi, H., Ueno, T., Sugimoto, K., Shimada, D., Nagae, J., Murata, H., Kawamura, D., Kameda, K., Asahi
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 915 ページ: 849-852
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Search for Atomic EDM with Optical-Coupling Nuclear Spin Oscillator (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Asahi, et. al.
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 915 ページ: 206-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developments of atomic beam resonance method with RI beams (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, et. al.
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 915 ページ: 849-852
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric quadrupole moments of neutron rich Al isotope (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, et. al.
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 912 ページ: 105-109
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子線法を用いたRIの核偏極生成のための開発研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 吉見彰洋, 上野秀樹, 杉本崇, 島田健二, 長江大輔, 村田次郎, 川村広和, 旭耕一郎
  • 雑誌名: 「原子核プローブ生成とそれを用いた物性研究」専門研究会報告(II) 130 ページ: 97-100
• [雑誌論文] Measurement of the electric quadrupole moment of^<32> AI (2007)
  • 著者名/発表者名: D.Kameda, H.Ueno, K.Asahi, M.Takemura, A.Yoshimi, et al.
  • 雑誌名: Physisc Letters B 647 ページ: 93-97
• [雑誌論文] High-stability current source for EDM experiments (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, M.Uchida, S.Oshima, T.Inoue
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 39 ページ: 154-154
• [雑誌論文] スピン偏極した不安定核ビームの新しい生成方法を目指した装置開発 (2006)
  • 著者名/発表者名: 吉見彰洋
  • 雑誌名: CYRICニュース 40 ページ: 4-7
• [雑誌論文] Nuclear spin maser oscillation of ^<129>Xe by means of optical-detection feedback (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Tsukui, S.Oshima
  • 雑誌名: Hyperfine Int. (印刷中)
• [雑誌論文] "Nuclear spin maser oscillation of 129Xe by means of optical-detection feedback" (2005)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, K. Asahi, S. Emori, M. Tsukui, and S. Oshima
  • 雑誌名: Hyperfine Interact. 159 ページ: 401-405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear spin maser oscillation of^<129>Xe by means of optical-detection feedback (2005)
  • 著者名/発表者名: A., Yoshimi, K., Asahi, S., Emori, M., Tsukui, S., Oshima
  • 雑誌名: Hyperfine Interact. 159 ページ: 401-405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Low-frequency nuclear spin maser and search for atomic EDM of ^<129>Xe (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Uchida, S.Oshima
  • 雑誌名: Proceedings of 16th Int.Spin Physics Symposium ページ: 247-250
• [雑誌論文] Magneto-optical rotation effect in Rb for EDM experiment (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Uchida, S.Oshima
  • 雑誌名: RIKEN Accel.Prog.Rep. 38 ページ: 169-169
• [雑誌論文] Nuclear spin maser at low frequency and atomic EDM of ^<129>Xe (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, M.Uchida, S.Oshima
  • 雑誌名: BULLETIN of the American Physical Society (Abstract of Joint meeting of the Nuclear Physics Division of the APS and JPS) ページ: 147-148
• [雑誌論文] Magnetic moments of ^<30>Al and ^<32>Al (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Ueno, D.Kameda, G.Kijima, K.Asahi, A.Yoshimi, H.Miyoshi, et al.
  • 雑誌名: Phys.Lett.B 615 ページ: 186-192
• [雑誌論文] "Nuclear spin maser and atomic electric dipole moment of 129Xe" (2004)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, K. Asahi, and S. Emori
  • 雑誌名: Czech. J Phys. 54 (Suppl.)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear spin maser and atomic electric dipole moment of^<129>Xe (2004)
  • 著者名/発表者名: A., Yoshimi, K., Asahi, S., Emori
  • 雑誌名: Czech. J. Phys. 54 ページ: 227-233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study on the transient field at very high velocities for the g-factor measurement of excited states in unstable nuclei (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, H.Ueno, W.Sato, H.Watanabe, et al.
  • 雑誌名: Nucl.Phys.A 738 ページ: 519-522
• [雑誌論文] Design of 4-layer magnetic shield for spin maser experiment (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Tsukui
  • 雑誌名: RIKEN Accel.Prog.Rep. 37 ページ: 160-160
• [雑誌論文] 中性子スピンメーザー:電気双極子能率の高感度探索への可能性 (2004)
  • 著者名/発表者名: 旭 耕一郎
  • 雑誌名: 日本中性子科学会誌 14 ページ: 68-70
  • NAID: 130001998662
• [雑誌論文] Nuclear spin maser and atomic electric dipole moment of ^<129>Xe (2003)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori
  • 雑誌名: Czech.J.Phys. 53 Suppl.
• [雑誌論文] Nuclear spin maser oscillation of ^<129>Xe by means of optical-detection feedback
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Tsukui, S.Oshima
  • 雑誌名: Hyperfine Int. (印刷中)
• [雑誌論文] Low-frequency nuclear spin maser and search for atomic EDM of ^<129>Xe
  • 著者名/発表者名: A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Uchida, S.Oshima
  • 雑誌名: AIP Conf.Proc. (印刷中)
• [学会発表] "Optical-Coupling Nuclear Spin Maser and search for an Atomic EDM of 129Xe" (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, K. Asahi, M. Uchida, T. Inoue, and N. Hatakeyama
  • 学会等名: International Nuclear Physics Conference (INPC2007)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2007-06-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Optical-Coupling Nuclear Spin Maser and search for an Atomic EDM of^<129>Xe (2007)
  • 著者名/発表者名: A., Yoshimi, K., Asahi, M., Uchida, T., Inoue, N., Hatakeyama
  • 学会等名: International Nuclear Physics Conference (INPC2007)
  • 発表場所: Tokyo, Japan.
  • 年月日: 2007-06-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Optical-coupling nuclear spin maser under highly stabilized low static field (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, et. al.
  • 学会等名: 14th International Conference on Hyperfine Interactions
  • 発表場所: Iguazu Falls, Brazil
• [学会発表] Optical-Coupling Nuclear Spin Maser and search for an Atomic EDM of^<129>Xe (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshimi, et. al.
  • 学会等名: International Nuclear Physics Conference(INPC2007)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] "Search for an Atomic EDM with optical-coupling nuclear spin oscillator" (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Asahi, M. Uchida, A. Yoshimi, T. Inoue, and S. Oshima
  • 学会等名: 17th International Spin Physics Symposium (SPIN2006)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2006-10-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Search for an Atomic EDM with optical-coupling nuclear spin oscillator (2006)
  • 著者名/発表者名: K., Asahi, M., Uchida, A., Yoshimi, T., Inoue, S., Oshima
  • 学会等名: The 17th International Spin Physics Symposium (SPIN2006)
  • 発表場所: Kyoto, Japan.
  • 年月日: 2006-10-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://yap.nucl.ap.titech.ac.jp/AsahiLabJ/EdmGroup.html
• [文献書誌] A.Yoshimi, K.Asahi: "Frequency characteristics of the nuclear spin oscillator with ^<129>Xe"RIKEN Accel.Prog.Rep.. 36. 173-173 (2003)
• [文献書誌] A.Yoshimi, K.Asahi, K.Yogo: "Nuclear spin maser with an artificial feedback for fundamental physics"Czech.J.Phys.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] 吉見 彰洋, 旭 耕一郎, 江守 昭憲, 津久井 正人: "希ガス元素^<129>Xeのレーザー核偏極と核スピン歳差の精密制御"2003年度宇宙空間原子分子過程研究会「偏極・配向による原子分子過程の制御」報告書. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] A.Yoshimi, K.Asahi, S.Emori, M.Tsukui: "Nuclear spin maser with a novel masing mechanism and its application to the search for an atomic EDM in ^<129>Xe"Proc.Conf. "Spin and Quantum Structure in Hadrons Nuclei and Atoms". (印刷中). (2004)
• [文献書誌] A.Yoshimi et al.: "The g-factor measurement on excited states of unstable nuclei by a transient field method : development of a detector system"Nucl.Phys.A. (印刷中). (2004)