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基礎物理定数の時間依存性検証に向けた極低温多価イオンの生成と精密分光

研究課題

研究課題/領域番号 17J05087
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 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関上智大学

研究代表者

木村 直樹  上智大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード多価イオン / 可視分光 / 電子ビームイオントラップ / 新校正手法 / 遷移波長精密測定 / 冷却多価イオン生成装置開発 / イオントラップ / 電子ビーム源 / 超伝導コイル / 冷凍チャンバー / バリウム多価イオン
研究実績の概要

本研究の目的は、極低温多価イオンの精密分光に向けた道筋をつけることにある。
本年度は、前年度に精密分光実験の最初のターゲットとして選定し、電気通信大学の装置『小型電子ビームイオントラップ』を用いて観測したバリウム多価イオンの可視光遷移の波長測定精度を向上させ、精密に遷移波長を決定することに注力した。
従来の波長測定実験において、不確かさの改善を制限していたのは、外部照射の標準光源を用いる波長校正法に起因する系統誤差である。その系統誤差を排除するため、電子ビームイオントラップ内で参照スペクトルを発光させる新しい波長校正法を提案・実証した。この新校正法では、バリウムとは別の元素を電子ビームイオントラップ内に導入し、校正用の発光ピークを観測する。参照用の導入元素の選定およびその導入量の最適化を行った結果、Arガスを5×10^-7 Pa程度導入することで、Ba7+を生成・捕捉しながらAr+の参照用ピークを同時に観測することに成功した。その後、観測された混合種の発光スペクトルを詳細に解析して、Ba7+の基底状態における微細構造間遷移(2P1/2 - 2P3/2 : 424 nm)の遷移波長を10^-5以下の不確かさで決定した。この不確かさは従来の測定よりも1桁以上小さい値となっている。
加えて、Neガス導入によるBa6+の微細構造間遷移(3P0 - 3P1 : 645 nm)の発光と中性Neの発光との同時観測実験にも成功した。これによって、導入する参照用元素を変更すれば、別の波長領域でも新方法は有用であることが確認され、本校正手法の汎用性が示された。

本研究で決定された遷移波長は、レーザー分光実験の成否を左右する非常に重要な情報であり、従来の不確かさを1桁以上改善した本研究の成果は、基礎物理定数の時間依存性検証へ向けた実験的研究への第一歩を示すものである。

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。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Direct Wavelength Measurement of the Visible M1 Transition in Ba<sup>7+ </sup>with a Novel Calibration Method2019

    • 著者名/発表者名
      KIMURA Naoki、KODAMA Ryunosuke、SUZUKI Kento、OISHI Shimpei、WADA Michiharu、OKADA Kunihiro、OHMAE Noriaki、KATORI Hidetoshi、NAKAMURA Nobuyuki
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 14 号: 0 ページ: 1201021-1201021

    • DOI

      10.1585/pfr.14.1201021

    • NAID

      130007603092

    • ISSN
      1880-6821
    • 年月日
      2019-01-23
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of an off-axis electron beam source for cold highly charged ion generation in a linear combined ion trap2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kimura, H. Kato, K. Okada, N. Nakamura, N. Ohmae, H. Katori, and M. Wada
    • 雑誌名

      RIKEN Accelerator Progress Report

      巻: 51 ページ: 19-19

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Concept design for cold highly charged ion generation toward time variation detection of fine structure constant α2017

    • 著者名/発表者名
      N. Kimura, K. Okada, N. Nakamura, N. Ohmae, H. Katori, and M. Wada
    • 雑誌名

      RIKEN Accelerator Progress Report

      巻: 50 ページ: 202-202

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photodissociation of sympathetically crystallized CaH+2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Kimura, Masatoshi Kajita, Kunihiro Okada
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 875 ページ: 022042-022042

    • DOI

      10.1088/1742-6596/875/3/022042

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] バリウム多価イオンのレーザー分光に向けた禁制遷移波長の精密測定2019

    • 著者名/発表者名
      木村直樹
    • 学会等名
      第9回超精密周波数計測とその比較技術による回路技術調査専門委員会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] VISIBLE SPECTROSCOPY OF HIGHLY CHARGED BARIUM IONS IN A COMPACT ELECTRON BEAM ION TRAP WITH A BUFFER GAS CALIBRATION METHOD2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kimura, R. Kodama, K. Suzuki, S. Ohishi, M. Wada, K. Okada, N. Ohmae, H. Katori, N. Nakamura
    • 学会等名
      19th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions (HCI2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Applications of buffer gas in a compact EBIT for reliable spectroscopic calibration2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kimura, R. Kodama, K. Suzuki, S. Ohishi, M. Wada, K. Okada, N. Ohmae, H. Katori, N. Nakamura
    • 学会等名
      The 13th International Symposium on Electron Beam Ion Sources and Traps (EBIST2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] バリウム多価イオン可視光遷移波長の直接測定2018

    • 著者名/発表者名
      木村直樹、児玉龍之介、鈴木健人、大石晋平、和田道治、岡田邦宏、大前宣昭、香取秀俊、中村信行
    • 学会等名
      原子衝突学会第43回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 冷却多価イオン生成に向けたイオントラップ装置の開発とその機能試験2017

    • 著者名/発表者名
      木村直樹、和田道治、岡田邦宏、加藤秀俊、中村信行、大前宣昭、香取秀俊
    • 学会等名
      原子衝突学会第42回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 冷却多価イオン生成に向けたイオンの生成と捕捉2017

    • 著者名/発表者名
      木村直樹、和田道治、岡田邦宏、加藤秀俊、中村信行、大前宣昭、香取秀俊
    • 学会等名
      日本物理学会2017年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 基礎物理定数の時間依存性検証に向けた冷却多価イオン生成装置の開発構想と現状2017

    • 著者名/発表者名
      木村直樹
    • 学会等名
      第5回超精密周波数計測とその比較技術による回路技術調査専門委員
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 冷却多価イオン生成に向けたイオンの生成と捕捉II2017

    • 著者名/発表者名
      木村直樹、和田道治、岡田邦宏、加藤秀俊、中村信行、大前宣昭、香取秀俊
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Photodissociation of sympathetically crystallized CaH+2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Kimura, Masatoshi Kajita, Kunihiro Okada
    • 学会等名
      30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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