光格子共存磁力計を用いたフランシウム原子による電子の永久電気双極子能率探索

• 研究課題/領域番号: 16J01466
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内山 愛子 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2018年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: レーザー冷却 / EDM / 共存磁力計 / 光格子 / 実験核物理

研究実績の概要

本研究では、電子の電気双極子能率(EDM)をフランシウム(Fr)原子を用いて探索するための高精度探索技術の確立を目指して研究を行った。電子EDMは時間反転対称性や空間反転対称性の破れを表す物理量であるためその大きさは極めて小さいが、重い原子においてはその効果が増幅されることが分かっている。そこで本研究では、Fr原子EDMを高精度に測定するために用いる共存磁力計の開発を行った。
Fr原子EDMを測定するためには、原子に電場を印加した場合のエネルギー変化を測定するが、この際に原子を保持するための光格子と量子化軸を定めるために印加する静磁場によっても原子にエネルギー変化が生じるため、これらの変動を抑制すると同時に精密に測定することが重要となる。そこで、Fr原子とともにEDM増幅率の小さいルビジウム(Rb)原子を同時に光格子中に捕獲し静磁場や光格子の変動を測定する光格子共存磁力計の開発を行った。
平成29年度までに1台の光源と電気光学変調器を用いて二核種のRb原子を磁気光学トラップ(MOT)により効率よく捕獲することに成功しており、今年度は二核種MOT中の原子を核種ごとにイメージングするため、光源を2台に増強させたうえで吸収イメージングを行った。これにより、トラップ中の原子を核種ごとにイメージングできただけでなく、それぞれの各種の温度測定を行うことができた。
また、MOTによって冷却された原子を用いた磁場観測を行った。MOTによって冷却された原子を磁場中で光ポンピングすると、原子はスピン歳差運動を行う。原子がスピン歳差運動することで、屈折率が変化する。原子にプローブ光を照射し透過光の偏光面の時間変化を観測することで、Rb原子のそれぞれの核種と二核種同時での測定をそれぞれ成功させることができた。以上のように、共存磁力計開発で重要となる原理検証を完了させることができた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Effective multiple sideband generation using an electro-optic modulator for a multiple isotope magneto-optical trap (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama A.、Harada K.、Sakamoto K.、Dammalapati U.、Inoue T.、Itoh M.、Ito S.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Yoshioka R.、Sakemi Y.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 89 号: 12 ページ: 123111-123111
  • DOI: 10.1063/1.5054748
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 標準模型を超えた新物理を探索するための原子パリティ非保存効果の精密周波数測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木貴稔、鳥井寿夫、 Sahoo Bijaya Kumar、Das Bhanu Pratap、 原田健一、早水友洋、坂本幸祐、川村広和、井上壮志、内山愛子、伊藤沙希、吉岡里紗、田中香津生、伊藤正俊、畠山温、長濱弘季、小澤直也、酒見泰寛
  • 雑誌名: 電子回路研究会 巻: 18
• [雑誌論文] Development of co-located 129Xe and 131Xe nuclear spin masers with external feedback scheme (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Sato、Y. Ichikawa、S. Kojima、C.Funayama、S. Tanaka、T. Inoue、A. Uchiyama、A. Gladkov、A. Takamine、Y. Sakamoto、Y. Ohtomo、C. Hirao、M. Chikamori、E. Hikota、T. Suzuki、M. Tsuchiya、T. Furukawa、A. Yoshimi、C.P. Bidinosti、T. Ino、H. Ueno、Y. Matsuo、T. Fukuyama、N. Yoshinaga、Y. Sakemi、K. Asahi
  • 雑誌名: Physics Letters A 巻: 382 号: 8 ページ: 588-594
  • DOI: 10.1016/j.physleta.2017.12.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the 3-α decay from the Hoyle and the broad 10 MeV states in12C (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Itoh et al.（全13名中11番目）
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 863 ページ: 012019-012019
  • DOI: 10.1088/1742-6596/863/1/012019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Francium: Tool for Fundamental Symmetry Investigations (2017)
  • 著者名/発表者名: Umakanth Dammalapati et al.（全14名中10番目）
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 18 ページ: 011046-011046
  • DOI: 10.7566/jpscp.18.011046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Frequency Measurement of Tellurium Lines Near Calcium (2017)
  • 著者名/発表者名: Umakanth Dammalapati et al.（全10名中5番目）
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 12 ページ: 124301-124301
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.124301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Parity nonconserving interaction induced light shifts in the 7S1/2 - 6D3/2 transition of the ultracold 210Fr atoms to probe new physics beyond the standard model (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Aoki, Y. Torii, B. K. Sahoo, B. P. Das, K. Harada, T. Hayamizu, K. Sakamoto, H. Kawamura, T. Inoue, A. Uchiyama, S. Ito, R. Yoshioka, K. S. Tanaka, M. Itoh,A. Hatakeyama, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Appl. Phys. B 巻: 123 号: 4 ページ: 1201-11
  • DOI: 10.1007/s00340-017-6673-3
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Light shifts induced by nuclear spin-dependent parity-nonconserving interactions in ultracold Fr for the detection of the nuclear anapole moment (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Aoki, Y. Torii, B. K. Sahoo, B. P. Das, K. Harada, T. Hayamizu, K. Sakamoto, H. Kawamura, T. Inoue, A. Uchiyama, S. Ito, R. Yoshioka, K. S. Tanaka, M. Itoh, A. Hatakeyama, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Asian J. Phys. 巻: 25 ページ: 1247-1258
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Are there nuclear structure effects on the isoscalar giant monopole resonance and nuclear incompressibility near A ~90? (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Gupta, T. Furuno, T. Kawabata, M. Tsumura, et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 760 ページ: 482-485
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.07.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Magneto-optical trapping of radioactive francium atoms: toward search for electron electric dipole moment (2019)
  • 著者名/発表者名: Harada K.、Tanaka K. S.、Uchiyama A.、Itoh M.、Hayamizu T.、Nagahama H.、Ozawa N.、TsuTsumi J.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Haba H.、and Sakemi Y.
  • 学会等名: 11th International conference on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 129 Xe/ 131 Xe double-species spin maser for Xe-EDM search (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato T.、Ichikawa Y.、Takamine A.、Gladkov A.、Inoue T.、Uchiyama A.、Kojima S.、Funayama C.、Tanaka S.、Sakamoto Y.、Ohtomo Y.、Hirao C.、Chikamori M.、Hikota E.、Furukawa T.、Yoshimi A.、Bidinosti C. P.、Ino T.、Ueno H.、Matsuo Y.、Fukuyama T.、Yoshinaga N.、Sakemi Y.、Asahi K.
  • 学会等名: 11th International conference on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 電子の電気双極子能率探索に向けた極低温85Rb, 87Rb原子による磁場測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内山愛子、原田健一、田中香津生、川村広和、伊藤正俊、早水友洋、 長濱弘季、小澤直也、堤惇、井上壮志、青木貴稔、畠山温、 高橋義朗、酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 電子の永久電気双極子モーメント探索へ向けたフランシウム原子の生成とトラップ (2019)
  • 著者名/発表者名: 早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、原田健一、田中香津生、内山愛子、青木貴稔、畠山温、高橋義朗、羽場宏光、大前宣昭、酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Development of a Dual Isotope Co-Magnetometer Using Laser Cooled Rubidium Toward Electron Electric Dipole Moment Measurement Using Francium (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama A.、Harada K.、Inoue T.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Sakemi Y.
  • 学会等名: The 27th Annual International Laser Physics Workshop (LPHYS'18)
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Dipole Force Trapping of Rubidium Atoms for a Dual-Isotope Co-Magnetometer toward the Electron Electric Dipole Moment Measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama A.、Harada K.、Inoue T.、Kawamura H.、Tanaka K. S.、Itoh M.、Aoki T.、Hatakeyama A.、Takahashi Y.、Sakemi Y.
  • 学会等名: The 26th International Conference on Atomic Physics (ICAP 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Parity-nonconserving interaction-induced light shifts in the 7S1/2 - 6D3/2 transition of the ultracold 210Fr atoms to probe new physics beyond the standard model (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki T.、 Torii Y.、 Sahoo B. K., Das B. P., Harada K., Hayamizu T., Sakamoto K., Kawamura H., Inoue T., Uchiyama A., Ito S., Yoshioka R., Tanaka K. S., Itoh M., Hatakeyama A. and Sakemi Y.
  • 学会等名: The 26th International Conference on Atomic Physics (ICAP 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 標準模型を超えた新物理を探査するための冷却Fr原子のパリティ非保存相互作用誘起の光シフト (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木貴稔、鳥井寿夫、Sahoo B. K.、Das B. P.、原田健一、早水友洋、坂本幸祐、川村広和、井上壮志、内山愛子、伊藤沙希、田中香津生、伊藤正俊、畠山温、酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会(秋季大会)
• [学会発表] 電子の電気双極子能率探索に向けたフランシウム原子の磁気光学トラップ (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田健一、川村広和、田中香津生、内山愛子、早水友洋、長濱弘季、小澤直也、堤惇、青木貴稔、畠山温、高橋義朗、酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会(秋季大会)
• [学会発表] Laser trapping of francium for the electron Electric-Dipole-Moment search (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka K.、Harada K.、Hayamizu T.、Inoue T.、Itoh M.、Kawamura H.、Nagahama H.、Ozawa N.、Tsutsumi J.、Uchiyama A.、Sakemi Y.
  • 学会等名: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Dual isotope transfer in a double magneto-optical trap system for cooled rubidium co-magnetometer toward search for electron electric dipole moment (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Uchiyama, K. Harada, K. Sakamoto, T. Inoue, S. Ito, M. Itoh, H. Kawamura, K. S. Tanaka, U. Dammalapati, R. Yoshioka and Y. Sakemi
  • 学会等名: 10th International Workshop on Fundametal Physics Using Atoms (FPUA2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Laser trapping of francium for the electron Electric-Dipole-Moment search (2018)
  • 著者名/発表者名: K. S. Tanaka, K. Harada, M. Itoh, S. Ito, T. Inoue, H. Kawamura, A. Uchiyama, and Y. Sakemi
  • 学会等名: 10th International Workshop on Fundametal Physics Using Atoms (FPUA2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 電子の永久電気双極子能率探索に向けた冷却85Rb, 87Rb原子の同時スピン緩和時間測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山愛子, 原田健一, 坂本幸祐, 伊藤沙希, 伊藤正俊, 井上壮志, 川村広和, 田中香津生, U. Dammalapati, 吉岡里紗, 青木貴稔, 畠山温, 高橋義朗, 酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 表面電離を用いた放射性フランシウムのイオンビーム生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川村広和, 原田健一, 井上壮志, 伊藤沙希, 田中香津生, 内山愛子, 上野恭裕, 小澤直也, 山本広平, 杉森龍宇, 皆川幸穂, 酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 電子EDM探索に向けたフランシウムの磁気光学トラップ (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中香津生, 吉岡里紗, U. Dammalapati, 原田健一, 伊藤正俊, 伊藤沙希, 井上壮志, 川村広和, 坂本幸祐, 内山愛子, 酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 電子の永久電気双極子能率探索のための冷却ルビジウム共存磁力計に向けた85Rb, 87Rbの同時磁気光学トラップ (2017)
  • 著者名/発表者名: 内山愛子, 原田健一, 坂本幸祐, 伊藤沙希, 伊藤正俊, 井上壮志, 川村広和, 田中香津生, U. Dammalapati, 吉岡里紗, 青木貴稔, 畠山温, 高橋義朗, 酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] 電子の永久電気双極子能率探索のためのレーザー冷却ルビジウム原子を用いた共存磁力計の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内山愛子
  • 学会等名: 第23回東京大学素粒子物理国際研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 岳美山荘（長野県白馬村）
  • 年月日: 2017-02-19
• [学会発表] Development of a dual isotope co-magnetometer using laser cooled rubidium toward electron electric dipole moment search using francium (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Uchiyama, K. Harada, K. Sakamoto, T. Inoue, S. Ito, M. Itoh, H. Kawamura, K. S. Tanaka, U. Dammalapati, R. Yoshioka and Y. Sakemi
  • 学会等名: 9th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA)
  • 発表場所: 京都大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2017-01-09
  • 国際学会
• [学会発表] 電子EDM探索に向けた冷却不安定原子生成の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川村広和, 原田健一, 井上壮志, 伊藤沙希, 田中香津生, 内山愛子, 酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Development of a dual isotope rubidium co-magnetometer toward electron EDM search using laser cooled francium (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Uchiyama, K. Harada, K. Sakamoto, T. Inoue, S. Ito, M. Itoh, H. Kawamura, K. S. Tanaka, U. Dammalapati, R. Yoshioka and Y. Sakemi
  • 学会等名: Physics of fundamental Symmetries and Interactions - PSI2016
  • 発表場所: Villigen（スイス）
  • 年月日: 2016-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] 時間反転対称性の破れの探索に向けたルビジウム磁力計の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内山愛子
  • 学会等名: 日本物理学会・宮崎大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2016-09-23
  • 招待講演
• [学会発表] Search for the permanent electric dipole moment of laser cooled francium atom (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Uchiyama, K. Harada, T. Inoue, U. Dammalapati, M. Itoh, S. Ito, H. Kawamura, K. Sakamoto, K. S. Tanaka, R. Yoshioka, T. Aoki, A. Hatakeyama, K. Asahi, A. Yoshimi, and Y. Sakemi
  • 学会等名: High Sensitivity Experiments Beyond the Standard Model - HISEBSM 2016
  • 発表場所: Quy nhon（ベトナム）
  • 年月日: 2016-08-02
  • 国際学会
• [備考] CYRIC測定器研究部
  • URL: https://inst.cyric.tohoku.ac.jp/
• [備考] CYRIC測定器研究部
  • URL: http://cycgw1.cyric.tohoku.ac.jp/