ハイブリッド光トラップにおける極低温アルカリ原子とSr原子混合系の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287100
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 青木 貴稔 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (30328562)
• 研究分担者: 梶田 雅稔 独立行政法人情報通信研究機構, 新世代ネットワーク研究センター, 主任研究員 (50359030)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 光トラップ / レーザー冷却 / 蒸発冷却 / 極低温原子混合系 / 冷却分子

研究実績の概要

本研究は、アルカリ原子とアルカリ土類原子Srの同時量子縮退実現を目指すため、ハイブリッド光トラップを行うことや、その後の冷却分子研究について理論面からも研究を行うことを目的としている。
689nmのレーザー冷却に成功したが、効率の改善や最適化を行う必要がある。具体的には、原子数、キャプチャー速度、リポンプ効率の改善であり、そのために、波長461 nm、689 nm、497 nmの光源システムにテーパーアンプ3台を導入し、大強度レーザー光源システムを構築した。これにより、レーザーパワーを大幅に改善することができた。
Sr用のレーザー光の周波数安定化に必要なガルバノセルについて、ガス種に依存した分光を行った。これにより、2種類のバッファガスでガス圧を下げたときに、線幅が細く信号が大きいスペクトルが得られる条件をつきとめた。これらをまとめて学会発表を行った。
また、応用である電子EDM探索についても、アルカリ原子とアルカリ土類原子Srから成るFrSr分子について、その基礎となるFrについて学会発表や論文発表を行った。
分担者の梶田氏は、分子の振動遷移周波数の精密計測をRaman遷移で行う際に、2本のレーザー光の強度安定化をしないでStarkシフトを17桁目以降の効果に抑える方法を考察、論文にまとめた。その一方で、微小原子時計の周波数安定度を与えるためにレーザー光をパルス状で照射する方法を考案し、論文にまとめた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

光源システムの大改造や最適化に時間がかかったことと、学生数の大幅な減少による。

今後の研究の推進方策

レーザー強度の大幅な改善ができたことを受け、原子数、キャプチャー速度、リポンプ効率の改善を行う。そして、単一周波数でのレーザー冷却を行うことで、温度1マイクロK程度かそれ以下へと冷却する。
次に、689nm光でレーザー冷却されたSr原子に、近赤外のレーザー光を照射することで、光トラップを行う。光トラップ後は、アルカリ原子を混ぜることで、同時トラップを行う。そして、ハイブリッド光トラップへ移行することで、蒸発冷却を行い、量子縮退を目指す。
分担者の梶田氏は、分子の振動回転遷移周波数の精密計測実験で行われるようにNICT内の実験研究者、上智大学、東京大学、Basel大学と協力していく。その一方で、微小原子時計の正確さを制限する要素を検討、実用化に向けて貢献する。また、精密計測が物理学に与える貢献について本にまとめて出版する。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた物品の購入金額が、予定より安価になっため。

次年度使用額の使用計画

今年度と合わせて物品費として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental search for the electron electric dipole moment with laser cooled francium atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Ishikawa, M. Itoh, K. Kato, H. Kawamura, A. Uchiyama, T. Aoki, K. Asahi, T. Furukawa, A. Hatakeyama, K. Hatanaka, K. Imai, T. Murakami, H.S. Nataraj, T. Sato, Y. Shimizu, T. Wakasa, H.P. Yoshida, A. Yoshimi, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Hyperfine Interact. 巻: 231 ページ: 157-162
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s10751-014-1100-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for the electron EDM using laser cooled radioactive francium atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Ishikawa, M. Itoh, K. Kato, H. Kawamura, A. Uchiyama, T. Aoki, T. Furukawa, A. Hatakeyama, K. Hatanaka, K. Imai, T. Murakami, H.S. Nataraj, T. Sato, Y. Shimizu, T. Wakasa, H.P. Yoshida and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Proceedings of 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2014, edited by N. Sasao (Okayama University, Tokyo, Japan, 2014) 巻: 7 ページ: 30-36
• [雑誌論文] Observation of a small number of trapped Rb atoms by a CCD camera (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Aoki, S. Ando, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Inoue, T. Ishikawa, M. Itoh, H. Kawamura, K. Kato, A. Uchiyama, T. Aoki, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Proceedings of 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2014, edited by N. Sasao (Okayama University, Tokyo, Japan, 2014) 巻: 7 ページ: 76-79
• [雑誌論文] Optical dipole trap towards the electron EDM search using francium atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hayamizu, K. Harada, S. Ezure, K. Kato, T. Aoki, H. Kawamura, T. Inoue, M. Itoh, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, T. Ishikawa, A. Uchiyama, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Proceedings of 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2014, edited by N. Sasao (Okayama University, Tokyo, Japan, 2014) 巻: 7 ページ: 136-139
• [雑誌論文] Performance evaluation of a neutralizer for the electron EDM search using laser-cooled francium atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Inoue, M. Itoh, H. Kawamura, K. Kato, A. Uchiyama, T. Aoki, T. Sato, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Proceedings of 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2014, edited by N. Sasao (Okayama University, Tokyo, Japan, 2014) 巻: 7 ページ: 140-143
• [雑誌論文] Magneto-optical trap for francium atoms towards the electron electric dipole moment search (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Harada, S. Ezure, K. Kato, T. Hayamizu, H. Kawamura, T. Inoue, M. Itoh, S. Ando, Hiroshi Arikawa, T. Ishikawa, T. Aoki, A. Uchiyama, T. Aoki, A. Hatakeyama, K. Hatanaka, K. Imai, T. Murakami, Y. Shimizu, T. Sato, T. Wakasa, H. P. Yoshida, and Y. Sakemi
  • 雑誌名: Proceedings of 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2014, edited by N. Sasao (Okayama University, Tokyo, Japan, 2014) 巻: 7 ページ: 147-150
• [雑誌論文] Two-step pulse observation for Raman-Ramsey coherent population trapping atomic clocks (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Yano, Shigeyoshi Goka, and Masatoshi Kajita
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 012801-1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.8.012801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterizing of variation in the proton-to-electron mass ratio via precise measurements of molecular vibrational transition frequencies (2014)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Kajita, Geetha Gopakumar, Minori Abe, and Masahiko Hada
  • 雑誌名: Journal of Molecular Spectroscopy 巻: 300 ページ: 99-107
  • DOI: 10.1016/j.jms.2014.03.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dipole Polarizability of Alkaline-Earth-Metal (Ca, Sr)-Alkali-Metal (Na, K, Rb) Polar Molecules: Prospects for Alignment (2014)
  • 著者名/発表者名: Geetha Gopakumar Minori Abe Masahiko Hada Masatoshi Kajita
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 140 ページ: 224303-1-8
  • DOI: 10.1063/1.4881396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical and experimental investigation of the light shift in Ramsey coherent population trapping (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Yano, Wujie Gao, Shigeyoshi Goka, and Masatoshi Kajita
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 90 ページ: 013826-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.90.013826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of AC Stark shift in Raman spectroscopy of optically trapped molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Kajita
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 128001-1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.128001
  • 査読あり
• [学会発表] 電子EDM探索に向けた冷却原子を用いたラムゼーフリンジの観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 早水友洋，原田健一，加藤浩，青木貴稔，青木隆宏，有川裕士，安藤峻，石川泰佑，伊藤正俊，井上壮志，内山愛子，川村広和，坂本幸祐，今井憲一，佐藤智哉，清水康弘，H. S. Nataraj，畠山温，畑中吉治，古川武，村上哲也，吉田英智，若狭智嗣，酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学・早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Fr原子MOTに向けたEOMの10次サイドバンドを用いた46GHzオフセットロック (2015)
  • 著者名/発表者名: 内山愛子，井上壮志，青木隆宏，有川裕士，安藤峻，石川泰佑，伊藤正俊，加藤浩，川村広和，坂本幸祐，早水友洋，原田健一，青木貴稔，旭耕一郎，吉見彰洋，酒見泰寛
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学・早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 冷却極性分子を用いた電子ＥＤＭ探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木貴稔, N.Soya, H.Nagasawa, C.Watanabe, Y.Torii, Y.Sakemi, M.Itoh,K.Harada,H.Kawamura,H.S.Nataraj,T.Hayamizu,S.Ezure,T.Satoh,S.Inoue,T.Kato,H.Arikawa,T,Ishikawa,S.Ando,T.Aoki,H.Kato,A.Uchiyama,T.Murakami,K.Imai,A.Hatakeyama,K.Hatanaka,H.P.Yoshida,T.Wakasa,T.Furukawa,Y.Shimizu, M.Abe, G.Gopakumar, M.Hada, M.Kajita
  • 学会等名: CPV2014
  • 発表場所: 大阪大学・核物理研究センター（大阪府茨木市）
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-11
• [学会発表] レーザー冷却原子によるCP対称性破れの探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川村広和, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, K. Harada, T. Hayamizu, T. Inoue, T. Ishikawa, M. Itoh, K. Kato, K. Sakamoto, A. Uchiyama, Y. Sakemi, T. Aoki, K. Asahi, T.Furukawa, A.Hatakeyama, K.Hatanaka, K.Imai, T.Murakami, H.S.Nataraj, T.Sato, Y.Shimizu, H.P.Yoshida, A.Yoshimi, T.Wakasa, J.Mathis, L.Koehler
  • 学会等名: CPV2014
  • 発表場所: 大阪大学・核物理研究センター（大阪府茨木市）
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-11
• [学会発表] Experimental search for the electron electric dipole moment with laser cooled francium atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Ishikawa, M. Itoh, K. Kato, H. Kawamura, A. Uchiyama, T. Aoki, K. Asahi, T. Furukawa, A. Hatakeyama, K. Hatanaka, K. Imai, T. Murakami, H.S. Nataraj, T. Sato, Y. Shimizu, T. Wakasa, H.P. Yoshida, A. Yoshimi, Y. Sakemi
  • 学会等名: HFI/NQI2014
  • 発表場所: Shine Dome, Canberra, Australia
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-26
• [学会発表] 窒素分子イオンの振動遷移周波数精密計測による陽子 電子質量比変化の検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶田雅稔，Geetha Gopakumar，阿部穣里，波田雅彦，Matthias Keller
  • 学会等名: 日本物理学会 秋の分科会
  • 発表場所: 中部大学・春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-11
• [学会発表] ホローカソードランプを用いた準安定Sr原子のドップラーフリー分光 II (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡邊千嘉，青木貴稔，鳥井寿夫
  • 学会等名: 日本物理学会 秋の分科会
  • 発表場所: 中部大学・春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Sr原子の689 nm 異重項間遷移を用いた偏光分光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 征矢直記，青木貴稔，鳥井寿夫
  • 学会等名: 日本物理学会 秋の分科会
  • 発表場所: 中部大学・春日井キャンパス（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Test of the change of mp/me using laser cooled and optically trapped 40CaH (2014)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Kajita, Geetha Gopakumar, Minori Abe, and Masahiko Hada
  • 学会等名: 24th International Conference on Atomic Physics
  • 発表場所: The historic Mayflower Renaissance hotel Washington DC (USA)
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-08
• [学会発表] Test of mp/me variation via measurement of N2+ vibrational transition frequencies (2014)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Kajita, Geetha Gopakumar, Minori Abe, Masahiko Hada, and Mathias Keller
  • 学会等名: 24th International Conference on Atomic Physics
  • 発表場所: The historic Mayflower Renaissance hotel Washington DC (USA)
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-08