超流動ヘリウム中の原子、分子、イオンの生成と分光学的研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04554010
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 薮崎 努 京都大学, 理学部, 教授 (60026127)
• 研究分担者: 高橋 義朗 京都大学, 理学部, 助手 (40226907) ; 水崎 隆雄 京都大学, 理学部, 助教授 (20025448) ; 恒藤 敏彦 京都大学, 理学部, 教授 (30025275)
• キーワード: 超流動ヘリウム / アルカリ原子 / レーザー分光 / 光ポンピング / 磁気共鳴

研究概要

平成5年度には先ず、我々が開発したレーザースパッタ法により超流動ヘリウム中に導入したアルカリ原子の光ポンピング及び光-高周波(マイクロ波)二重共鳴の研究を行なった。実験ではCs及びRb原子を対象に、円偏光したTi:サファイアをレーザー光で光ポンピングを行い、その基底状態の磁気共鳴と超微細構造準位間の共鳴を観測した。その結果、電子スピン、核スピンともほぼ100%偏極することに成功し、鋭い磁気共鳴の観測に成功した。また超微細構造スペクトルの観測にも成功し、エネルギー間隔が自由原子に比べ約0.5%増加していることを見い出した。これは、原子軌道が周りのヘリウムにより圧縮され、超微細相互作用が増加したことによるもので、原子バブルモデルによる理論的予想と一致することが確かめられた。
次に液体ヘリウムの圧力を40気圧以下で自由に変えることのできるクライオスタットを製作し、これを用いて励起スペクトル、放出スペクトルの圧力依存性の研究を行なった。その結果、約20気圧までは圧力の増加とともにスペクトル巾及びシフトはほぼ比例して増加することが明らかになった。更に高い圧力では励起原子の放出が減少する現象を見い出した。この現象が従来懸案であった軽い原子が観測できない問題解決の糸口になるものと考えている。約25気圧でヘリウムは液相から固相へと相転移を生じるが、その前後でのスペクトルの変化の観測を現在進めている。

研究成果

• [文献書誌] A.Fujisaki: "Implantation of Neutral Atoms into Liquid Helium by Laser Sputtering" Physical Review Letters. 71. 1039-1042 (1993)
• [文献書誌] Y.Takahashi: "Spectroscopy of Alkali Atoms and Molecules in Superfluid Helium" Physical Review Letters. 71. 1035-1038 (1993)
• [文献書誌] T.Kinoshita: "Optical Pumping and Optical Detection of Magnetic Resonance of Alkali Atoms in Superfluid Helium" Physical Review B. 49. 3648-3651 (1993)
• [文献書誌] Y.Takahashi: "Possible nuclear polarization of ^<139>La in Nd^<3+>:LaAlO_3 for the test of time reversal invariance" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A336. 583-586 (1993)
• [文献書誌] Y.Takahashi: "A New Desigh of Polarized Target for the Test of Time Reversal Invariance in Neutron Transmission Experiment" Physics Letters B. (in press). (1994)
• [文献書誌] U.Tanaka: "Frequency Stabilization of Diode Laser Using External Cavity and Doppler-Free Atomic Spectra" Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (1994)
• [文献書誌] H.Ito: "Accumlative Transfer of Transverse Magnetic Moment between Spin-Locked Rb and Cs Atoms" Journal of Physical Society of Japan. (in press). (1994)
• [文献書誌] T.Mitsui: "Theoretical Study on FM noise Spectroscopy with a Diode Laser" Physical Review A. (in press). (1994)
• [文献書誌] H.Ito: "Spin-Polarization by Optical Pumping with Selective Reflection" Journal of the Physical Society of Japan. 62. 1951-1963 (1993)
• [文献書誌] T.Yabuzaki: "Laser Spectroscopy" American Institute of Physics, 359 (1993)