極低温下での分子生成過程に現れる量子統計効果の研究

• 研究課題/領域番号: 26287090
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 向山 敬 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (70376490)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: レーザー冷却 / イオントラップ / 原子気体 / 極低温化学反応 / 冷却原子気体 / 低温化学反応

研究成果の概要

我々は中性原子の6Liと40Ca+の混合系において，1ミリケルビンから１ケルビンの温度領域における非弾性散乱の観測に成功し，生成された粒子の質量分析から電荷交換反応であることを突き止めた。本研究では6Liを基底状態に，40Ca+を基底状態または様々な励起状態に用意することで電荷交換反応断面積の内部状態依存性についても詳細に調べた。さらにイオンのマイクロモーションを積極的に利用することでイオンの運動エネルギーの制御を可能にし，その手法を用いて電荷交換反応の反応エネルギー依存性を詳細に調べた。本研究は極低温下におけるイオンと原子の間の化学反応過程の系統的な理解への重要なステップとなる成果である。

研究成果

• [国際共同研究] Universite Paris-Sud(フランス)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Characterization of charge-exchange collisions between ultracold 6Li atoms and 40Ca+ ions (2017)
  • 著者名/発表者名: (2)R. Saito, S. Haze, M. Sasakawa, R. Nakai, M. Raoult, H. Da Silva, Jr., O. Dulieu, and T. Mukaiyama
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 95 号: 3 ページ: 032709-032709
  • DOI: 10.1103/physreva.95.032709
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Creation of p-wave Feshbach molecules in the selected angular momentum states using an optical lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: (1)M. Waseem, Z. Zhang, J. Yoshida, K. Hattori, T. Saito, T. Mukaiyama
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 49 号: 20 ページ: 204001-204001
  • DOI: 10.1088/0953-4075/49/20/204001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A self-injected, diode-pumped, solid-state ring laser for laser cooling of Li atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: Yudai Miake, Takashi Mukaiyama, Kenneth M. O’Hara, and Stephen Gensemer
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 86 号: 4 ページ: 43113-43113
  • DOI: 10.1063/1.4917558
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge-exchange collisions between ultracold fermionic lithium atoms and calcium ions (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Haze, Ryoichi Saito, Munekazu Fujinaga, and Takashi Mukaiyama
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 91 号: 3 ページ: 032709-032709
  • DOI: 10.1103/physreva.91.032709
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 極低温原子・イオン系で探求する凝縮系物理と低温衝突過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 向山敬
  • 学会等名: 原子衝突学会セミナー
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス（東京都・千代田区）
  • 年月日: 2017-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] チウム原子ーカルシウムイオン間の電荷交換散乱の特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齋藤了一, 土師慎祐, 笹川瑞樹, 中井良輔, M. Raoult, H. Da. Silva Jr., O. Dulieu, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] イオン・原子間量子散乱に向けたイオンの振動基底状態冷却 (2016)
  • 著者名/発表者名: 土師慎祐, 齋藤了一, 笹川瑞樹, 中井良輔, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] 光周波数コムを用いたカルシウムイオン分光用基準光配信システムの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中信長, 渡邉直登, 土師慎祐, 向山敬, 中川賢一
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] 6Li原子気体におけるp波contactの測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 服部敬太, 吉田純, 齋藤勇仁, Muhammad Waseem, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] 6Li原子気体におけるp波三体衝突係数の温度・磁場依存性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田純, 服部敬太, 齋藤勇仁, Waseem Muhammad, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Dissociation energy measurement of ultra-cold p-wave Feshbach molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Waseem, Z. Zhang, J. Yoshida, K. Hattori, T. Saito, T. Mukaiyama
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Characterization of charge-exchange collisions between ultracold 6Li atoms and 40Ca+ ions (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: CEMS Topical Meeting on Cold Atoms
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県・和光市）
  • 年月日: 2016-06-10
  • 招待講演
• [学会発表] 極低温原子・イオン系で探求する凝縮系物理と量子技術開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 向山敬
  • 学会等名: 大阪大学基礎工学研究科「電子光科学ゼミナールIII」
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2016-04-20
  • 招待講演
• [学会発表] Interaction and decay of fermionic atoms near a p-wave Feshbach resonance (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: The First Beijing-Tokyo Workshop on Ultracold Atomic Gases
  • 発表場所: 北京（中国）
  • 年月日: 2016-04-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 狭線幅遷移を用いた6Li原子のレーザー冷却 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田優衣, 土師慎祐, 吉田純, 服部敬太, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 原子－イオン間電荷交換散乱のエネルギー依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齋藤了一, 土師慎祐, 笹川瑞樹, 中井良輔, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] レーザー冷却イオン原子混合系で探求する極低温化学反応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] 極低温二次元6Li原子気体におけるp波分子生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 張志琪, Waseem Muhammad, 吉田純, 服部敬太, 齋藤勇仁, 向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Experimental determination of the p-wave contact in an ultracold Fermi gas (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: 新学術領域研究「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」 第6回集中連携研究会「人工量子系におけるトポロジー」
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 2016-02-10
  • 招待講演
• [学会発表] Measurement of Charge-Exchange Collision Cross Section between Li and Ca+ in a temperature range of mK to K (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Saito, Shinsuke Haze, Mizuki Sasakawa, Kazuki Kyuno, and Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: Ｔｈｅ Irago conference 2015
  • 発表場所: 伊良湖シーパーク＆スパ（愛知県田原市）
  • 年月日: 2015-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of p-wave contact in degenerate Fermi gas of 6Li (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun Yoshida, Keita Hattori, Waseem Muhammad, Zhang Zhiqi, and Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: Ｔｈｅ Irago conference 2015
  • 発表場所: 伊良湖シーパーク＆スパ（愛知県田原市）
  • 年月日: 2015-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Collisional properties of laser-cooled atoms and ions (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: MIPT-UEC joint workshop
  • 発表場所: モスクワ（ロシア）
  • 年月日: 2015-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental investigation of thermodynamics of identical fermions with p-wave Interactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Keita Hattori, Jun Yoshida, Muhammad Waseem, Zhiqi Zhang, and Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: MIPT-UEC joint workshop
  • 発表場所: モスクワ（ロシア）
  • 年月日: 2015-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] Creation of p-wave Feshbach molecules in two dimensions (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zhiqi, Waseem Muhammad, Jun Yoshida, Keita Hattori and Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: MIPT-UEC joint workshop
  • 発表場所: モスクワ（ロシア）
  • 年月日: 2015-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of ultracold atom-ion collisions (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: US-Japan Seminar Many body quantum systems from quantum gases to metrology and information processing
  • 発表場所: マディソン（アメリカ）
  • 年月日: 2015-09-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Measurement of p-wave contact in a degenerate Fermi gas of 6Li (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun Yoshida, Keita Hattori, Muhammad Waseem, Zhiqi Zhang, Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: US-Japan Seminar Many body quantum systems from quantum gases to metrology and information processing
  • 発表場所: マディソン（アメリカ）
  • 年月日: 2015-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] Property of trapped ions as a local probe of atomic gas (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Saito, Munekazu Fujinaga, Kazuki Kyuno, Shinsuke Haze, Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: Division of Atomic, Molecular, and Optical Physics
  • 発表場所: コロンバス（アメリカ）
  • 年月日: 2015-06-08
  • 国際学会
• [学会発表] 極低温6Li原子気体を用いたp波フェッシュバッハ共鳴近傍のRF分光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田純，服部敬太，向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会 第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] 冷却イオンを用いた原子気体の局所密度測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 土師慎祐，齋藤了一，藤永宗和，向山敬
  • 学会等名: 日本物理学会 第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] 極低温中性原子‐イオン混合系の研究とマイクロイオントラップ (2014)
  • 著者名/発表者名: 向山敬
  • 学会等名: マイクロイオントラップに関する講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-12-24
  • 招待講演
• [学会発表] Collisional properties of ultracold atoms and ions (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: MIPT-UEC Joint International workshop
  • 発表場所: 電気通信大学（調布）
  • 年月日: 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] 極低温原子とイオンで探究する物理－少数粒子系から凝縮系物理まで－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 向山敬
  • 学会等名: プラズマ科学のフロンティア
  • 発表場所: 核融合科学研究所（土岐市）
  • 年月日: 2014-08-06
  • 招待講演
• [学会発表] Collisional properties of ultracold atoms and ions (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mukaiyama
  • 学会等名: Workshop on the intersection of cold-atomic and nuclear physics
  • 発表場所: APCTP, Korea
  • 年月日: 2014-05-12
  • 招待講演
• [学会発表] Measurement of interaction energy at a p-wave Feshbach resonance (2014)
  • 著者名/発表者名: Jun Yoshida
  • 学会等名: Workshop on the intersection of cold-atomic and nuclear physics
  • 発表場所: APCTP, Korea
  • 年月日: 2014-05-12
• [学会発表] Inelastic collisions between ultracold atoms and ions in a hybrid system (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Saito
  • 学会等名: Workshop on the intersection of cold-atomic and nuclear physics
  • 発表場所: APCTP, Korea
  • 年月日: 2014-05-12