巨視的懸架鏡の基底状態実現と空間量子化の実験的検証

• 研究課題/領域番号: 15H05444
• 研究種目: 若手研究(A)
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 松本 伸之 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30750294)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円); 2017年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2016年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2015年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
• キーワード: フィードバック冷却 / オプトメカニクス / 変位計測 / 重力波 / 量子重力 / 巨視的振動子 / 光学トラップ / 機械光学系 / 不確定性関係 / プランクスケール / 基底状態 / 三角光共振器 / 巨視的量子力学 / 光トラップ / 光計測 / 機械振動子 / 光制御 / 基礎物理学 / 機械光学

研究成果の概要

mgスケールの懸架鏡の重心振動モードをフィードバックにより基底状態まで冷却することを目指し、高精度な変位測定系（光共振器）の開発を行った。機械振動子と光が結合した機械光学系における測定精度は振動子の質量でスケールされ、その限界は標準量子限界と呼ばれる。本研究では、標準量子限界まで50倍程度まで迫る精度を実現した。将来的に、基底状態を実現した重い振動子とパルス光を結合することで空間の最小単位を検証できる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Optical levitation of a mirror for reaching the standard quantum limit (2017)
  • 著者名/発表者名: Michimura Yuta、Kuwahara Yuya、Ushiba Takafumi、Matsumoto Nobuyuki、Ando Masaki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 12 ページ: 13799-13799
  • DOI: 10.1364/oe.25.013799
  • NAID: 130007510803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct measurement of optical-trap-induced decoherence (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Sosuke Ito, Yuta Michimura, and Yoichi Aso
  • 雑誌名: Physics Review A 巻: 94 号: 3 ページ: 033822-033822
  • DOI: 10.1103/physreva.94.033822
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 5-mg suspended mirror driven by measurement-induced back-action (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Gen Hayase, Yoichi Aso, Kimio Tsubono
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 92 号: 3 ページ: 033825-033825
  • DOI: 10.1103/physreva.92.033825
  • 査読あり
• [学会発表] 光学トラップによる懸架鏡の遠隔冷却および熱的デコヒーレンスの低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Towards probing fundamental Physics using a massive mechanical oscillator (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsumoto
  • 学会等名: 6th RIEC-RLE Meeting on Research Collaboration in Photonics
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-10-26
  • 国際学会
• [学会発表] 光バネを用いた懸架鏡の遠隔冷却 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市大
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] カーボンナノチューブ線を用いた低損失振り子の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桑原祐也, 松本伸之, 牛場崇文, 井上翼, 苅田基志, 小森健太郎, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市大
  • 年月日: 2015-09-25
• [図書] Classical Pendulum Feels Quantum Back-Action (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsumoto
  • 総ページ数: 103
  • 出版者: Springer Japan