レーザー冷却の基礎物理への応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11216203
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 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) ; 森田 紀夫 京都大学, 分子科学研究所, 助教授 (30134654) ; 北野 正雄 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70115830) ; 石川 潔 姫路工業大学, 理学部, 助教授 (00212837)
• キーワード: レーザー冷却 / 基礎物理 / 時間反転対称性 / ボーズ・アインシュタイン凝縮 / スピン量子非破壊測定 / 量子統計性 / スピン精密制御

研究概要

本研究では、気体原子のレーザー冷却を、物理学の根源に関わる基本的な法則や仮説の検証など、基礎物理へ応用することを目的としている。平成11年度ではまず、(1)レーザー冷却原子をプローブとした時間反転対称性の破れの検証実験の準備として、高密度のCs原子およびYb原子のレーザー冷却・トラッピングの実験を行った。Cs原子に関しては超低温に冷却された原子に20kV/cmの電場を加え、シュタルク効果の測定を行い,冷却原子の振る舞いを調べた。Yb原子に関しては、世界で初めて磁気光学トラッピングに成功し数マイクロKで高密度の原子を得ること,さらに、スピン偏極の方向に依存しない双極子トラッピングに成功した。(2)冷却原子のスピンの精密観測のために,光学的にスピンを観測してもその量子状態を破壊しない方法として、非共鳴光によるファラデー効果を用いた全く新しい手段を提案し、理論的な検討を行った。(3)原子気体の量子凝縮に関しては、既に我々が実現することに成功しているRb原子のボーズ凝縮の研究を更に発展させるために、まず、スピンの自由度を持つボーズ凝縮の実現の実験装置の製作を行い、新しい手法による量子渦の発生実験の準備を行った。また、ボーズ凝縮体やその中の量子渦を精密に観測する手段として光学的な磁気共鳴映像法を提案し、Csを用いた実験によりその有効性を示した。(4)気体ヘリウム原子のレーザー冷却・トラッピングに関してはHe-4原子のみならずHe-3原子の磁気光学トラッピングにはじめて成功し、高密度の準安定He原子間の衝突によるペニングイオン化の研究を行い,この過程において量子統計性が大きく反映していることを始めて見出した。(5)量子系の光による精密制御の研究として、量子Zeno効果の研究を更に発展させ,原子スピンを光の吸収無しに制御できるという、全く新しいスピン制御法の提案を行なった。

研究成果

• [文献書誌] A. Hatakeyama: "Slow Spin Relaxation of Rb Atoms Confined in Glass Cells Filled with Dense 4He Gas at 1.85K"Phys. Rev. Lett.. 84. 1407-1410 (2000)
• [文献書誌] M. Iinuma: "High proton polarization by microwave-induced optical nuclear polarization at 77K"Pys. Rev. Lett.. 84. 191-194 (2000)
• [文献書誌] K. Ishikawa: "Visualization of foreign atoms by optical magnetic-resonance imaging of Cs atoms"J. Opt. Soc. Am.. 17. 182-187 (2000)
• [文献書誌] Y. Takahashi: "Quantum Nondemolition Measurement of spin wia paramagnetic Faraday rotation"Phys. Rev.. A60. 4974-4979 (1999)
• [文献書誌] K. Ishikawa: "Optical magnetic-resonance imaging of laser-polarised Cs atoms"J. Opt. Soc. Am.. 16. 31-37 (1999)
• [文献書誌] T. Isayama: "Observation of Larmor spin precession of laser-cooled Rb atoms via paramagnetic Faraday rotation"Phys. Rev.. A. 4836-4839 (1999)
• [文献書誌] T. Kuwamoto: "Magneto-optical trapping of Yb atoms using an intercombination transition"Phys. Rev.. A60. R745-R748 (1999)
• [文献書誌] K. Honda: "Magnet-optical trapping of Yb atoms and a limit on the branching ratio of the 1P1 state"Phys. Rev.. A. R934-R937 (1999)
• [文献書誌] Y. Takahashi: "Observation of spin echoes of laser-cooled Rb atoms"Phys. Rev.. A59. 3761-3785 (1999)
• [文献書誌] M. Kitano: "Spin manipulation by absorption-free optical pumping"Phys. Rev.. A59(5). 3710-3713 (1999)
• [文献書誌] M. Kumakura: "Laser trapping of metastable 3He atoms : Isotopic difference in could Penning collisions"Phys. Rev. Lett.. 82. 2848-2851 (1999)
• [文献書誌] M. Kumakura: "Magneto-optical trap of metastable helium-3 atoms"Appl. Phys.. B (in press).