レーザー冷却の基礎物理への応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11216203
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 薮崎 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, 助教授 (40226907) ; 森田 紀夫 岡崎国立共同研究機構, 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, 教授 (70115830) ; 熊倉 光孝 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30324601) ; 杉山 和彦 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10335193)
• キーワード: レーザー冷却 / 基礎物理 / 時間反転対称性 / ボース・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

平成14年度における研究成果の主なものを以下に箇条書きにする。Yb原子に関しては、冷却された原子をトラップする手法として、非共鳴レーザー光でトラップする、いわゆる双極子力トラッピングに関する研究を行った。1)トラッブ光としてYAGレーザーの二倍高調波を用い、全ての同位体に対して光とラップに成功した。2)2つのトラッブ光を交差させることにより、トラップされた原子密度が非常に高いことを見出した。3)トラップされた高密度冷却原子に対して光で作られたポテンシャルの深さを時間的に変化させ、いわゆる蒸発冷却の実験を行なった。蒸発冷却を最適化させた結果、冷却温度が大幅に減少し、ほぼ1程度の位相密度を得ることに成功した。アルカリ土類様原子としてボース凝縮、フェルミ縮退が初めて実現されるのは間近であろうと思っている。4)光により作られるYb分子の分光を行い初めて行い,その励起状態の振動構造を精密に測定した。その分光結果を基にして励起状態の寿命を極めて精密に決定することができた。さらにこの分光を通して基底状態原子に関して、従来なんら情報が無かった散乱長の値を推定することにも成功した。5)以上のようなYb原子に対するレーザー冷却・トラッピングの研究と並行して,Rb原子のBECに向けた研究をも行った。特に、ポテンシャルを空間的に揺動させることによる新しい蒸発冷却法を見出した。6)り、その振動数に依存してトラップされた原子の温度が過熱のみでなく冷却も生じるという全く新しい現象を見出した。7)He原子のレーザー冷却に関しては、準安定状態のヘリウム原子の個数を飛躍的に多くできる、液体ヘリウムで冷却可能な直流放電型原子線源を提案し製作を行なった。8)また、新しい原子系として低温ヘリウム気体を利用する研究も行い、極めて長いスピン緩和時間が得られた。9)また原子スピンの精密制御のための反量子ゼノ効果の実証実験にも成功した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Takasu: "High density trapping of cold ytterbium atoms by optical dipole force"Phys.Rev.Lett.. 90・2. 023003-1-023003-4 (2003)
• [文献書誌] K.Honda: "Optical dipole force trapping of a fermion-boson mixture of ytterbium isotopes"Phys.Rev. A. 66・2. 021401-1-021401-4(R) (2002)
• [文献書誌] 高橋義朗: "イッテルビウム原子のレーザー冷却とその応用"日本物理学会誌. 57・6. 413-416 (2002)
• [文献書誌] K.Toyoda: "Magnetic resonance imaging of Bose-Einstein Condensates"Applied Physics B. 74・2. 115-120 (2002)
• [文献書誌] K.Toyota: "Generation of Bose-Einstein condensates in a well isolated low-pressure vacuum chamber"J.Phys.Soc.Jpn. 71・6. 1445-1449 (2002)
• [文献書誌] K.Enomoto: "Emission spectra of Cs-He excimers in cold helium gas"Phys.Rev. A. 66・4. 042505-1-042505-7 (2002)
• [文献書誌] A.Hatakeyama: "Atomic alkali-metal gas cells at liquid-helium temperatures: Loading by light-induced atom desorption"Phys.Rev. A. 65・2. 022904-1-022904-9 (2002)
• [文献書誌] Y.Takahashi: "Photoassociation of laser-cooled ytterbium atoms"Proceedings of XVIII International Conference on Atomic Physics (ICAP2002). (In press). (2003)
• [文献書誌] Y.Takasu: "Optical dipole force trapping of atomic Ytterbium"Proceedings of 15th ICOLS (2001,Snowbird). (2002)
• [文献書誌] 北野正雄: "風変わりな光たち"応用物理. 72・7(印刷中). (2003)
• [文献書誌] T.Nakanishi: "Generation of photon pairs using polarization-dependent two-photon absorption"Physl.Rev. A. 67(In press). (2003)
• [文献書誌] M.KItano: "Negative group delay and superluminal propagation : An electronic circuit approach"IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics. 9. 1117-1121 (2002)
• [文献書誌] T.Nakanishi: "Demonstration of negative group delays in a simple electronic circuit"Am.J.Phys.. 70. 1117-1121 (2002)