巨視的物体の量子理論に対するワイヤ振動を利用した検証実験

• 研究課題/領域番号: 18K18729
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分13:物性物理学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 安東 正樹 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90313197)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 巨視的量子力学 / CSL理論 / 熱雑音 / 巨視系 / 量子論

研究実績の概要

本研究の目的は，巨視的な物体も記述できるような拡張量子力学の理論を実験的に検証することである．量子力学を巨視スケールにまで拡張した理論の枠組みの一つとして，質量が存在することによって量子的性質が失われるという，重力デコヒーレンスと呼ばれる考え方が提案されている．それに対して，本研究では，CSL (Continuous Spontaneous Localization)模型と呼ばれる理論に注目し，その検証を行う．CSL模型は，巨視的な物体では「測定」という操作が量子状態に影響を与えないような理論であり，微視的な極限では通常の量子力学におけるシュレディンガー方程式に帰着し，粒子数の多い極限では測定に依存しない結果を与えるという理論である．非相対論的な質点の力学しか記述できないなど，物理学の理論としては不十分な点も多いが，現在までに数学的な矛盾は見つかっておらず，従来の量子力学を拡張する可能性を持った理論模型である．このCSLモデル検証実験を進めた．真空中におかれた懸架系で独立に懸架された2つの鏡で光共振器を構成し，2つのレーザー光を双方から入射する装置の研究開発をすすめた．結果としては，CSLモデルに対して制限を与えるには至らなかったが，地面振動や大気などの雑音源の影響，懸架系や光学系の設計や雑音低減技術など，今後の研究につながる知見を得た．また，最終的には熱雑音の影響が課題になることもも積もられており，低温下での測定の必要性も認識されている．

研究成果

• [雑誌論文] Improving force sensitivity by amplitude measurements of light reflected from a detuned optomechanical cavity (2021)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Komori, Takuya Kawasaki, Sotatsu Otabe, Yutaro Enomoto, Yuta Michimura, Masaki Ando
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 104 号: 3 ページ: 031501-031501
  • DOI: 10.1103/physreva.104.l031501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical trapping of the transversal motion for an optically levitated mirror (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Takuya、Kita Naoki、Nagano Koji、Wada Shotaro、Kuwahara Yuya、Ando Masaki、Michimura Yuta
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 102 号: 5 ページ: 053520-053520
  • DOI: 10.1103/physreva.102.053520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attonewton-meter torque sensing with a macroscopic optomechanical torsion pendulum (2020)
  • 著者名/発表者名: Komori Kentaro, Enomoto Yutaro, Ooi Ching Pin, Miyazaki Yuki, Matsumoto Nobuyuki, Sudhir Vivishek, Michimura Yuta, Ando Masaki
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 101 号: 1 ページ: 011802-011802
  • DOI: 10.1103/physreva.101.011802
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] DANCE: Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment (2020)
  • 著者名/発表者名: Michimura Yuta, Oshima Yuka, Watanabe Taihei, Kawasaki Takuya, Takeda Hiroki, Ando Masaki, Nagano Koji, Obata Ippei, Fujita Tomohiro
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1468 号: 1 ページ: 012032-012032
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1468/1/012032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nonlinear vibration transfer in torsion pendulums (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimoda Tomofumi, Ando Masaki
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 36 号: 12 ページ: 125001-125001
  • DOI: 10.1088/1361-6382/ab2162
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] KAGRA: 2.5 generation interferometric gravitational wave detector (2019)
  • 著者名/発表者名: KAGRA collaboration
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 3 号: 1 ページ: 35-40
  • DOI: 10.1038/s41550-018-0658-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Vibration isolation system with a compact damping system for power recycling mirrors of KAGRA (2019)
  • 著者名/発表者名: KAGRA Collaboration
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 36 号: 9 ページ: 95015-95015
  • DOI: 10.1088/1361-6382/ab0fcb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Seismic cross-coupling noise in torsion pendulums (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shimoda, Naoki Aritomi, Ayaka Shoda, Yuta Michimura and Masaki Ando
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 97 号: 10 ページ: 104003-104003
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.104003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA (2018)
  • 著者名/発表者名: B. P. Abbott et al.
  • 雑誌名: Living Reviews in Relativity 巻: 21 号: 1 ページ: 1-57
  • DOI: 10.1007/s41114-018-0012-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct approach for the fluctuation-dissipation theorem under nonequilibrium steady-state conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Hiroki Takeda, Yuta Michimura, Kentaro Somiya, Masaki Ando, Stefan W. Ballmer
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 97 号: 10 ページ: 102001-102001
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.102001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Particle swarm optimization of the sensitivity of a cryogenic gravitational wave detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Kentaro Komori, Atsushi Nishizawa, Hiroki Takeda, Koji Nagano, Yutaro Enomoto, Kazuhiro Hayama, Kentaro Somiya, Masaki Ando
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 97 号: 12 ページ: 122003-122003
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.122003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polarization test of gravitational waves from compact binary coalescences (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Takeda, Atsushi Nishizawa, Yuta Michimura, Koji Nagano, Kentaro Komori, Masaki Ando, Kazuhiro Hayama
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 98 号: 2 ページ: 22008-22008
  • DOI: 10.1103/physrevd.98.022008
  • NAID: 130007735273
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Observation of Gravitational-Wave in Space (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: RESCEU Summer School 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gravitational-wave Observation and KAGRA (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: ILC Summer Camp 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Space-borne Gravitational-Wave Antenna: B-DECIGO (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: GWPAW 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Gravity-Gradient-Based Early Earthquake Alert (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: UK-Japan Workshop on Quantum Sensing and Metrology Research Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gravitational-wave observation - Recent results and prospects - (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: OMEG15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent results of gravitational wave (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: Higgs Couplings 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DECIGO : Gravitational-Wave Observation from Space (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: The 15th MG Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] TOBA: Torsion-Bar Gravitational-Wave Antenna (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando
  • 学会等名: The 15th MG Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 理科年表 (2021)
  • 著者名/発表者名: 国立天文台 編
  • 総ページ数: 1174
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 4621305603
• [図書] 相対論と宇宙の事典 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安東正樹, 白水徹也 他
  • 総ページ数: 432
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 4254131283
• [図書] Advanced Interferometric Gravitational-wave Detectors: Essentials of Gravitational Wave Detectors (2019)
  • 著者名/発表者名: David Reitze (編集), Peter Saulson (編集)
  • 総ページ数: 700
  • 出版者: World Scientific Pub Co Inc
  • ISBN: 9789813146075