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大きな磁気モーメントをもつ原子のボース凝縮体は、短距離等方的な s 波散乱相互作用に加え、長距離異方的な磁気双極子相互作用を有する。後者は、スピン-軌道角運動量間の結合を生み出すため、量子渦や spin texture を伴った新奇な量子相の発現が期待される。こうした磁性量子気体にまつわる新奇な物性現象を探索するには、質量数・磁気モーメントが大きいだけでなく、s 波散乱長が制御できることが肝要となる。しかし静磁場を用いた Feshbach 共鳴を用いてしまうと、s波散乱長が制御できるかわりに、スピンの方向が固定されてしまう。基底状態に超微細構造を有するユウロピウム（Eu）原子の場合、超微細分裂幅に対応するマイクロ波を照射して Feshbach 共鳴を誘起することで、この問題を回避することが原理的に可能である。そこで本研究では、Euのレーザー冷却、およびボース凝縮を世界で初めて実現することを目的とした。基底状態のEu原子ビームに対してゼーマン減速を行う場合に唯一の候補となる光学遷移はa8S7/2-y8P9/2（波長波長 459nm)であるが、基底状態以外の準安定状態に高い確率で緩和してしまう問題をもつ。そこで平成28年度、我々は原子を特定の準安定状態に光ポンピングし、波長 583nm の閉じた光学遷移(a10D13/2-z10F15/2)を利用することで、ゼーマン減速、磁気光学トラップを世界で初めて実現した。平成29年度は、得られた磁気光学トラップについて、原子数、密度、温度、1体ロス、2体ロスといった詳細を明らかにした。この情報を元に適切な波長のレーザーを照射することでロスを低減し、最終的に10^7個の原子を捕捉することに成功した。原子を基底状態に戻す上で適切な光学遷移の選定が終了し、基底状態の原子を磁気光学トラップするための狭線幅光源の準備も完了した。
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