超流動ヘリウム中及び表面の中性原子の分光学的研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07102011
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 藪崎 努 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60026127)
• 研究分担者: 高橋 義朗 京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (40226907) ; 大見 哲巨 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70025435) ; 小貫 明 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90112284)
• キーワード: 超流動ヘリウム / レーザー分光 / 中性原子 / 磁気共鳴

研究概要

超流動ヘリウム中に他の中性原子を注入するとその最外殻電子と周りのヘリウムとの間に、パウリの排他律に基づく斥力が働き、注入原子の周りにはヘリウムの入り得ない泡が作られる。このような泡の中の原子モデルは原子バブルモデルと呼ばれ、液体ヘリウム中の中性原子が示すスペクトルの一般的な性質を良く説明してきた。本研究ではアルカリ原子に関して、球形の原子バブルモデルでは説明できない諸現象に注目した。基底状態アルカリ原子では泡は球形のまま静止したものではなく、ゼロ点振動により四重極振動をしていることを見出した。また、励起原子に関しては、通常のスペクトルの他に、広い赤外スペクトルが存在することを見出し、理論計算と比較により、このスペクトルは励起原子に数個のヘリウム原子が付着した分子・クラスターからのものであることを明らかにした。また、液体・固体ヘリウム中のTm原子の研究も行った。Tm原子の基底状態と低い励起状態との間の遷移は内殻電子によるものがある。その周りにヘリウムを排除する2個の最外殻電子が存在するため、内殻電子遷移は直接ヘリウムの影響を受けないことが予想された。実験では、今回初めてTm原子の観測にに成功したが、内殻遷移によるスペクトルは予想通り非常に鋭いことがわかった。また微細構造準位間の磁気双極子遷移を観測することができ、従来困難であった準安定状態の寿命の精密測定に成功した。液体ヘリウム表面と気体アルカリ原子との相互作用に関する研究も行った。これらの間の相互作用は反撥的であることに着目し、原子反射膜としてガラスセルの内壁を液体ヘリウム膜でコーティングする研究を行った。このようなセル中の気体アルカリ原子は長時間気体のままでセル中に閉じ込められることを見出し、更にこれらの原子のスピンを光ポンピング法によりほぼ完全に偏極することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] K.Toyoda: "Optical Free Induction Decay of Laser Cooled 85Rb" Phys.Rev.A. 56. 1564-1568 (1997)
• [文献書誌] K.Ishikawa: "Spectroscopy of Thulium Atom Implanted in Liquid and Solid He" Phys.Rev.B. 56. 780-787 (1997)
• [文献書誌] A.Onuki: "Dynamic Equations and Bulk Viscosity near the Gas-Liquid Critical Point" Phys.Rev.E. 55. 403-420 (1997)
• [文献書誌] A.Onuki: "Bulk Viscosity near the Critical Point" J.Phys.Soc.Jpn.66. 511-513 (1997)
• [文献書誌] A.Onuki: "A New Computer Method of Solring Dynamic Equations under Externally Applied Deformation" J.Phys.Soc.Jpn.66. 1836-1837 (1997)
• [文献書誌] A.Onuki: "Phase Transitions in Fluids in Shear Flow" J.Phys.C.9. 6119-6157 (1997)
• [文献書誌] R.Yamamoto: "Kinetic Heterogeneities in a Highly Supercooled Liquid" J.Phys.Soc.Jpn.66. 2545-2548 (1997)
• [文献書誌] R.Yamamoto: "Nonlinear Rheology in a Highly Supercooled Liquid" Europhys.Lett.40. 61-66 (1997)
• [文献書誌] Y.Okamoto: "Theory of the Anomalous Nuclear Spin Relaxation in U_2D_2 Solid ^3He" J.Low.Temp.Phys.110. 69-74 (1998)