リュードベリ原子を用いたダークマターアクシオンの探索

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20340054
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構 (2010); 京都大学 (2008-2009)
• 研究代表者: 今井 憲一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究員 (70025493)
• 研究分担者: 松原 明 京都大学, 低温科学研究センター, 准教授 (00229519)
• 連携研究者: 松木 征史 立命館大学, 総合理工学研究機構, 研究員 (50037941) ; 澤田 安樹 京都大学, 低温科学研究センター, 教授 (90115577) ; 舟橋 春彦 京都大学, 人間環境学研究科, 教授 (00283581) ; 山本 克治 京都大学, 工学研究科, 教授 (90191395)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: ダークマター / アクシオン

研究概要

アクシオンは宇宙の暗黒物質の有力な候補となる未発見の素粒子である。このアクシオンの検出をめざしてRydberg原子をつかった高感度マイクロ波検出装置をたちあげた。超電導磁石、希釈冷凍機、高性能レーザーを用いてアクシオンからの転換光子をRydberg原子を使って検出するものである。Rydberg原子として用いるカリウムのRydberg状態を生成しそのエネルギーを測定し、アクシオン検出の準備を整えた。さらにレーザー冷却されたパルスRydberg原子ビームを用いることで、これまでにくらべて大幅にアクシオン検出のS/Nを改善することができることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] A High Sensitivity Microwave Single-Photon Detector with Rydberg Atoms at Low Temperature (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Haseyama, T. Arai, A. Fukuda, H. Funahashi, S. Ikeda, K. Imai, Y. Isozumi, T. Kato, Y. Kido, A. Matsubara, S. Matsuki, T. Mizusaki, TNishimura, D. Ohsawa, A. Sawada, Y. Takahashi, M. Tosaki, K. Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 150 ページ: 549-554
• [雑誌論文] Practical Design for Improving the Sensitivity to Search for Dark Matter Axions with Rydberg Atoms (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Shibata, T. Arai, A. Fukuda, H. Funahashi, K. Imai, Y. Isozumi, T. Kato, Y. Kido, A. Matsubara, S. Matsuki, T. Mizusaki, T. Nishimura, D. Ohsawa, A. Sawada, Y. Takahashi, M. Tosaki, K. Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 151 ページ: 1043-1048
• [学会発表] A bunched atomic-beam scheme with laser compression to improve the detection sensitivity in a Rydberg-atom dark-matter axion detector (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Saeed
  • 学会等名: GCOE symposium
  • 発表場所: Kyoto university
  • 年月日: 20111221-23
• [学会発表] A bunched atomic-beam scheme with laser compression to improve the detection sensitivity in a Rydberg-atom dark-matter axion detector (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Saeed
  • 学会等名: Symposium on Low Temperature Physics and Materials Sciences
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2011-03-14
• [学会発表] Improving the Detection Sensitivity of Dark-Matter Axion Search with a Rydberg-Atom Single-Photon Detector (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Saeed
  • 学会等名: 4^<th> International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2010
  • 発表場所: Osaka University
  • 年月日: 20100807-09
• [学会発表] Present Status of Dark Matter Axion Search (2010)
  • 著者名/発表者名: Haruhiko Funahashi
  • 学会等名: Symposium on Low Temperature Physics and Materials Sciences
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] Improving detection sensitivity in the Rydberg-atom single-photon detector for the dark matter axion search (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Matsuki
  • 学会等名: Symposium on Low Temperature Physics and Materials Sciences
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 20090300
• [学会発表] Search for dark Matter Axion with Rydberg Atoms (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenichi. Imai
  • 学会等名: US-Japan joint meeting of physical society on nuclear physics
  • 発表場所: Hawaii
  • 年月日: 2009-10-16
• [学会発表] Improving Detection Sensitivity in the Microwave Single-Photon Detection for the Dark Matter Axion Search (2008)
  • 著者名/発表者名: Takao Mizusaki
  • 学会等名: International Conference on Low Temperature Physics(LT-25), Leiden Institute for Physics
  • 発表場所: Leiden University, Netherland
  • 年月日: 20080806-13
• [学会発表] Search for dark matter axion with Rydberg atoms (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenichi. Imai
  • 学会等名: International Conference on Particle and Nuclear Physics
  • 発表場所: Israel
  • 年月日: 2008-11-10
• [学会発表] リドベルグ原子を用いたアクシオン探索実験 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中西玲於奈(Reona Nakanishi)
  • 学会等名: 2^<nd> Fundamental Physics using Atoms
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2008-08-18
• [学会発表] Measurement of K^^<39> Stark effect for the axion search (2008)
  • 著者名/発表者名: 中西玲於奈(Reona Nakanishi)
  • 学会等名: Workshop on Low Temperature Physics Japan-France Joint Project on the development of dark matter detectors by applying state-of-art ultra low temperature instrumentation
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2008-04-12
• [学会発表] Potassiumリドベルグ原子によるマイクロ波単-光子検出とダークマターアクシオン探索 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田真也(Shinya Ikeda)
  • 学会等名: Symposium on Low Temperature Physics and Materials Sciences
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2008-03-15
• [備考] "総力戦で初期宇宙に取り組む"日経サイエンス2010年6月号p. 76-91(参照1)や京都新聞のインタビュー記事2010年2月20日での紹介がある。