中性原子のレ-ザ-冷却とトラッピング

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01060001
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 清水 富士夫 東京大学, 工学部, 教授 (00011156)
• 研究分担者: 江馬 一弘 東京大学, 工学部, 助手 (40194021) ; 清水 和子 電気通信大学, 電気通信学部, 講師 (30017446) ; 宅間 宏 電気通信大学, レーザー極限技術研究センター, 教授 (70012200)
• キーワード: レ-ザ-冷却 / レ-ザ-トラッピング / 原子干渉計 / 原子の運動操作 / 超高分解能分光 / 希ガス準安定状態 / アルカリ土類原子 / リチウム原子のレ-ザ-冷却

研究概要

本年度は、(1)前年度までに達成されなかった原子種のレ-ザ-冷却・トラッピングを試みること、(2)これまでに我々が開発してきた冷却技術を使った応用研究を進めることが目的であった。(1)に関しては我々が最も期待していたIV族原子のトラッピングには至らなかった。しかし、光源開発には見通しをつけることが出来たし、また、応用研究に対する必要性から新たにRbのトラッピングを試み、成功した。(2)は分光学的な研究と、原子の運動制御を主たる目標として研究を遂行してきたが、多彩な成果を上げることが出来た。分光学的応用では、まず、Ca三重項遷移の高分解能分光を行った。我々は、従来行われてきた方法と全く異なり、Caトラップから洩れ出て重力で落下してくる極低温基底状態のCa原子を使って超高分解能分光が出来ることを示した。また、寿命が数十秒に及びAr、Krの準安定状態の寿命を測定した。これはトラップ以外では全く不可能な研究である。トラップ中の原子は光電場と相互作用しているから、ただ減衰量を測定しただけでは準安定状態固有の寿命は得られない。我々は巧妙なタイミング方法により固有の寿命を得ることに成功し、その値が従来の理論値とかなり異なることを見つけた。さらに、Liトラップを使って超低速Li原子の衝突断面積の測定を行った。従来の予測ではアルカリ原子の中でLiだけが飛び抜けて断面積が小さく、したがって、非常に高密度の極低温Li原子気体を生成することが出来ると考えられてきた。我々の実験結果は必ずしもこれを支持していない。原子の運動操作に関しては、まず、極低温原子線の干渉実験に成功した。これは原子線輝度を高めるために我々が開発した光生成スリットによって初めて可能になった研究である。また、我々は極低温原子は電場を使って偏向、集光等の操作が出来ることを示した。

研究成果

• [文献書誌] F.Shimizu,K.Shimizu and H.Takuma: "Four Beam Laser Trap of Neutral Atoms" Optics Letters. 16. 339-341 (1991)
• [文献書誌] Z.Lin,K.Shimizu,M.Zhan,F.Shimizu and H.Takuma: "Laser Cooling and Trapping of Li" Japanese Journal of Applied Physics B. 30. L1324-L1326 (1991)
• [文献書誌] F.shimizu,K.Shimizu and H,Takuma: "Recent Results on the Metastable Neon Trap" Light Induced Kinetic Effects on Atoms,Ions and Molecules,eds.L.Moi et al,ETS Editrice Pisa. 159-168 (1991)
• [文献書誌] 清水 富士夫: "原子のレ-ザ-冷却とその周辺技術" 応用物理. 60. 864-874 (1991)
• [文献書誌] T.Kurosu and F.Shimizu: "Laser Cooling and Trapping of Alkaline Earth Atoms" Japanese Journal of Applied Phesics B. 31. (1992)
• [文献書誌] T.Kurosu,M.Morinaga and F.Shimizu: "Observation of the Ca ^1S_0- ^3P_1 Transition with a Continuous Free-Falling Atoms" Japanese Journal of Applied Physics. 31. (1991)
• [文献書誌] F.Shimizu,K,Shimizu and H.Takuma: "Double Slit Interference with Ultracold Metastable Neon Atoms" Physical Review A. (1992)
• [文献書誌] F.Shimizu,K.Shimizu and H.Takuma: "Stark Phase Shift and Deflection in the Ultracold Atomic Interferometer" Japanese Journal of Applied Physics B. 31. (1992)
• [文献書誌] F.Shimizu: "Laser Cooling and Trapping of Neutral Atoms" Hyperfine Interactions. (1992)
• [文献書誌] 清水 富士夫: "原子のトップと光のモラスの物理" 光学. 21. 70-76 (1992)
• [文献書誌] 清水 和子: "中性原子の偏光・集束技術" 光学. 21. 83-84 (1992)