研究課題
本研究は、水素様純レプトン原子ミューオニウムの1S-2S遷移の精密分光により、基礎物理定数であるミュー粒子質量の決定精度を向上させることを目標とする。ミュー粒子は強い相互作用(QCD)の影響を受けないため、その物理定数の精密測定は量子電磁力学(QED)のみならず、電弱スケールの新物理の探索へともつながる。現在ミュー粒子に関する基礎物理定数の不確かさは、その質量決定精度に由来する不確かさにより大きく制限されている。近年、著しい進展を見せるレーザー原子分光技術を駆使しミューオニウムの分光を行い、電弱統一および新物理の効果を精密に検証するツールとしての可能性を拓く。本研究では、1S-2S遷移精密分光用の244 nm高出力CW励起光源の開発を進め、基本波光源である976 nm高出力光源の開発を行った。これまでに、シミュレーションによるファイバ長、増幅率の試算等を行いYb添加ファイバ増幅器の開発を進め、976 nm光源の高出力化にある程度成功していたが、photodarkening等により増幅器の出力が減衰していく問題が生じていた。今回、母材にりん珪酸塩ガラスを用いたYb添加ファイバを使用することでphotodarkeningを抑制したYb添加ファイバ増幅器を開発し、出力変動を抑えることに成功した。現在、さらなる高出力化に向けた多段化Yb添加ファイバ増幅器の開発を進めており、目標である10 W程度の出力が達成可能であることを確認した。また、J-PARCにおいてパルスレーザーを用いたミューオニウム1S-2S分光実験を行い、1S-2S遷移の観測に成功した。
3: やや遅れている
Yb添加ファイバ増幅器の出力が減衰していく等の問題があったものの、当初の予定通り976 nm光源の高出力化を進め、10 Wクラスへの増幅の目処がたった。しかし、高出力化に必要な素子の調達に時間がかかるため、若干の遅れが見込まれる。
Yb添加ファイバ増幅器の開発を進め、10 Wクラスへの高出力化を行う。976 nm高出力光源開発後は、第四高調波発生部の開発に取り掛かる。また同時に976 nm光の線幅狭窄化、および周波数安定化を行う。244 nm高出力CW励起光源の開発が完了次第J-PARCに装置を搬入し、ミューオニウムの分光実験に取り掛かる。
Yb添加ファイバ光増幅器として、りん珪酸塩ガラスを母材としたYb添加ファイバを使用した場合の数値シミュレーションを中心に行ったため、次年度使用額が生じた。装置開発に使用する光学部品や電子部品、検出器の購入、また学会参加、J-PARCでの実験用の旅費等に使用していく予定である。
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