| 研究課題/領域番号 |
19H00671
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 学習院大学 (2021-2023)
東北大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
松本 伸之 学習院大学, 理学部, 准教授 (30750294)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
2019年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
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| キーワード | 光計測 / 光共振器 / 低散逸振動子 / 重力定数 / 量子制御 / 光ばね / フィードバック冷却 / 重力測定 / オプトメカニクス / 安定化光源 / 低周波防振 / 度量衡 / 光学トラップ / ウィーナフィルタ / カルマンフィルタ / 量子もつれ / 微小重力 / レーザー溶接 / ナノファイバー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
重力定数の測定精度は全ての物理定数の中で最も低い。これまでは、ねじれ振り子や原子干渉計により、質量90 g以上の大きな物体が生成する重力が測定されてきた。しかし、大きな物体を精度よく作製することは困難なため、測定の系統誤差が大きいという問題があった。系統誤差を低減するため、精密に作製された小さな振動子間の重力を測定すれば良い。しかし、重力の測定は重力源の質量で感度が決まるため、小さな物体の生成する重力の測定は困難である。本研究では、mgスケールの微小な物体間の重力の初検出に挑む。
微小物体間の重力の測定は重力定数の測定精度向上のみならず、重力相互作用の量子性の検証にもつながることが期待される。
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| 研究成果の概要 |
微小重力の測定を目指して、下記4項目を達成した。(1)Q値>100万の2本吊懸架鏡の開発、(2)周回長が5倍短い光共振器の開発、(3)3×10^-18 m/sqrt(Hz)@500Hzが可能な安定化光源の開発、(4)真空対応低周波防振装置（>0.5Hz）の開発。(1)により熱雑音を十分に低減でき、さらに懸架線を2本としたことで(2)の周波数雑音に対して不感な小型共振器を実現できた。(3)、(4)により、光源雑音と地面振動を十分に除去できた。
さらに、巨視的物体の量子制御に向け、下記2項目を達成した。(5)条件付き量子制御を実現するための量子フィルタの開発、(6)光ばねによるQ値向上の限界を解明。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
冷却振動子を用いることで従来よりも微小なスケールで重力測定を実現すれば、度量衡分野で大きな問題となっている重力定数の系統誤差の低減が期待されるほか、近年、基礎物理学の分野で大きな注目を集めている重力相互作用の量子的性質の解明につながることも期待される。重力は極めて弱いため、これらの目標を実現するためには、種々の雑音を極限まで低減するための地道な技術開発を進めるほかはない。本研究では、熱雑音、光源雑音、地面振動という3つの重要な雑音の低減に成功した。また、重力の量子性解明に向けて、巨視的な物体を量子制御するための新たな手法を開発することに成功した。
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