スピンメーザー法による原子ＥＤＭの超高精度測定

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Extreme quantum world opened up by atoms -towards establishing comprehensive picture of the universe based on particle physics-
• Project/Area Number: 21104004
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 旭 耕一郎 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (80114354)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福山 武志 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (40167622) ; 松尾 由賀利 法政大学, 理工学部, 教授 (50231593) ; 上野 秀樹 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 主任研究員 (50281118)
• Project Period (FY): 2009-07-23 – 2014-03-31
• Keywords: 素粒子実験 / 原子核実験 / 原子EDM / シッフモーメント / CP対称性

Research Abstract

CP対称性の破れの起源を見分ける重要な観測量として、永久電気双極子モーメント（EDM）が注目される。本研究では、超低磁場で発振する新しいタイプのスピンメーザーである能動帰還型核スピンメーザーを、129Xe原子のEDMに適用する。
前年度までの研究で、長期的な磁場変動をモニター・補正するための3Heガスを用いた共存磁力計の開発、およびガスセル内に存在する偏極Rb原子に起因する周波数偏移の抑制を行うためのダブルセルの開発をおこなってきた。平成25年度は、これらの開発を組み合わせて、ダブルセルを用いた測定システムにおいて、3He共存磁力計の適用を行うための開発を行った。まず3Heの偏極度を向上させるために、ダブルセル型セル形状の評価を行った。129Xe、3Heの分圧、セル製作に用いるガラス素材、内壁コーティング、各部位のサイズなどの各種パラメータを変えて、測定に十分な性能が出る形状を見出した。その結果、温度を80度とした測定で、約1%の偏極度、約10時間の縦偏極緩和時間を達成した。また、磁場一様性を考慮したセル形状を採用することで、3Heの横緩和時間として2000秒以上を達成した。これらの開発によりダブルセルを用いた際の3Heの偏極度、横緩和時間が大きく改善したため、ダブルセルを用いた測定系で初めて129Xe、3Heの同時メーザー発振に成功した。測定条件を変えた測定を系統的に行い、偏極Rbに起因する周波数不定性の評価を行うことが可能になった。また、EDM測定のために必要な電場印加の開発も進めていて、電極付きのガス封入セルで7 kV/cmの電場印加に成功している。
以上によって、2核種同時メーザー発振の条件が整い磁場変動による偽信号を除去してEDM精密計測を実施するための技術がほぼ完成し、いよいよこれらを統合しダブルセルに電極を装備してEDM測定実験に移る段階に至った。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Active nuclear spin maser oscillation with double cell (2014)
  • Author(s): E.Hikota, T.Furukawa, A.Yoshimi, H.Ueno, Y.Matsuo, T.Fukuyama, K.Asahi, et al
  • Journal Title: EPJ Web of Conf Volume: 66 Pages: 05005
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for Electric Dipole Moment in ^<129>Xe Atom Using a Nuclear Spin Oscillator (2014)
  • Author(s): K. Asahi, Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, T. Suzuki, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo and T. Fukuyama
  • Journal Title: Physics of Particles and Nuclei Volume: 45 Pages: 199-201
  • DOI: 10.1134/S1063779614010080
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An effective method for trapping ion beams in superfluid helium for laser spectroscopy experiments (2014)
  • Author(s): X. F. Yang, T. Furukawa, T. Wakui, K. Imamura, H. Fujita, Y. Mitsuya, M. Hayasaka, Y. Ichikawa, Y. Ishibashi, H. Shirai, Y. Ebara, A. Hatakeyama, M. Wada, T. Sonoda, T. Ito, T. Kobayashi, S. Nishimura, M. Nishimura, Y. Kondo, K. Yoneda, H. Ueno , T.Shinozuka, T. Shimoda , K. Asahi, Y. Matsuo
  • Journal Title: European Physical Journal: Web of Conferences Volume: 66 Pages: 11041
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146611041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for electric dipole moment in ^<129>Xe atom using active nuclear spin maser (2014)
  • Author(s): Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, Y. Sakamoto, T. Suzuki, C. P. Bidinosti, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Journal Title: European Physical Journal: Web of Conferences Volume: 66 Pages: 05007
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146605007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear spin maser and experimental search for ^<129>Xe atomic EDM (2013)
  • Author(s): T.Inoue, T.Furukawa, A.Yoshimi, H.Ueno, Y.Matsuo, T.Fukuyama, K.Asahi et al
  • Journal Title: Hyperfine Interact Volume: 220 Pages: 59
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0751-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 多種多様なRIビームのスピンを操る (2013)
  • Author(s): 市川雄一，上野秀樹
  • Journal Title: 日本物理学会誌 Volume: 68(12) Pages: 823-827
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel method for the production of spin-aligned RI beams in projectile fragmentation reaction with the dispersion matching technique (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, H. Ueno, Y. Ishii, T. Furukawa, A. Yoshimi, D. Kameda, H. Watanabe, N. Aoi, K. Asahi, D. L. Balabanski, R. Chevrier, J. M. Daugas, N. Fukuda, G. Georgiev, H. Hayashi, H. Iijima, N. Inabe, T. Inoue, M. Ishihara, T. Kubo, T. Nanao, T. Ohnishi, K. Suzuki, M. Tsuchiya, H. Takeda, M. M. Rajabali
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 220 Pages: 47-51
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0682-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Momentum dependence of spin polarization for beta emitting nuclei produced through charge exchange reaction at intermediate energy (2013)
  • Author(s): S. Momota, M. Mihara, D. Nishimura, M. Fukuda, Y. Kamisho, M. Wakabayashi, K. Matsuta, S. Suzuki, M. Nagashima, S. Zhu, D. Yuan, Y. Zheng, Z. Yi, P. Fan, T. Izumikawa, A. Kitagawa, S. Sato, M. Kanazawa, M. Torikoshi, T. Minamisono, Y. Nakamura, K. Tashiro, A. Honma, N. Yoshida, et al.
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 220 Pages: 53-58
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0741-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of stopping position of radioactive ion beam in superfluid helium for laser spectroscopy experiments (2013)
  • Author(s): X. F. Yang, T. Furukawa, T. Wakui, K. Imamura, H. Tetsuka, T. Fujita, Y. Yamaguchi, Y. Tsutsui, Y. Mitsuya, Y. Ichikawa, Y. Ishibashi, N. Yoshida, H. Shirai, Y. Ebata, M. Hayasaka, S. Arai, S. Muramoto, A. Hatakeyama, M. Wada, T. Sonoda, Y. Ito, T. Kobayashi, S. Nishimura, M. Nishimura, Y. Kondo, et al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 599-602
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a helium cryostat for laser spectroscopy of atoms with unstable nuclei in superfluid helium (2013)
  • Author(s): K. Imamura, T. Furukawa, T. Wakui, X. F. Yang, Y. Yamaguchi, H. Tetsuka, Y. Mitsuya, Y. Tshutshui, T. Fujita, Y. Ebara, M. Hayasaka, S. Arai, S. Muramoto, Y. Ichikawa, Y. Ishibashi, N. Yoshida, H. Shirai, A. Hatakeyama, M. Wada, T. Sonoda, Y. Ito, H. Odashima, T. Kobayashi, H. Ueno, T. Shimoda, K. Asahi, Y. Matsuo
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 595-598
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.08.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a new device control system for β-NMR measurements (2013)
  • Author(s): N. Yoshida, H. Ueno, A. Yoshimi, Y. Ishibashi, Y. Ichikawa, Y. Abe, K. Asahi, M. Chikamori, T. Fujita, T. Furukawa, E. Hikota, D. Nagae, Y. Ohtomo, Y. Saito, H. Shirai, T. Suzuki, X. F. Yang
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 705-709
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.08.057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an adiabatic field rotation system to measure spin polarization of unstable nuclei (2013)
  • Author(s): Y. Ishibashi, N. Yoshida, H. Ueno, A. Yoshimi, Y. Ichikawa, Y. Abe, K. Asahi, M. Chikamori, T. Fujita, T. Furukawa, E. Hikota, D. Nagae, Y. Ohtomo, Y. Saito, H. Shirai, T. Suzuki, X. F. Yang, N. Sakamoto
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researches Section B Volume: 317 Pages: 714-716
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.08.059
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-aligned RI beams via two-step fragmentation reactions (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, H. Ueno, Y. Ishii, T. Furukawa, A. Yoshimi, D. Kameda, H. Watanabe, N. Aoi, K. Asahi, D. L. Balabanski, R. Chevrier, J. M. Daugas, N. Fukuda, G. Georgiev, H. Hayashi, H. Iijima, N. Inabe, T. Inoue, M. Ishihara, T. Kubo, T. Nanao, T. Ohnishi, K. Suzuki, M. Tsuchiya, H. Takeda, M. M. Rajabali
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B Volume: 317 Pages: 769-773
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.04.071
  • Peer Reviewed
• [Presentation] EDM測定のためのスピンメーザーデジタルフィードバックシステム (2014)
  • Author(s): 小島修一郎, 佐藤智哉, 市川雄一, 大友祐一, 坂本雄, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] EDM測定に向けた改良型磁場安定化システムの構築と性能評価2 (2014)
  • Author(s): 坂本雄, C. P. Bidinosti, 市川雄一, 佐藤智哉, 大友祐一, 小島修一郎, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋,猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] ^<129>Xe/^3He共存セルの性能評価 (2014)
  • Author(s): 大友祐一, 市川雄一, 佐藤智哉, 坂本雄, 小島修一郎, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] ^3He共存磁力計の導入による^<129>Xe原子EDM測定実験III (2014)
  • Author(s): 佐藤智哉, 市川雄一, 大友祐一, 坂本雄, 小島修一郎, 鈴木貴大, 白井葉月, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 中性子過剰核S同位体の核磁気モーメント (2014)
  • Author(s): 白井葉月, 市川雄一, 上野秀樹, 石橋陽子, 鈴木貴大, 古川武, 吉見彰洋, 阿部康志, 旭耕一郎, J. M. Daugas, 藤田朋美, 早坂美季, 今村慧, 岸翔太, 小島修一郎, 長江大輔, 中尾愛子, 大友祐一, 嵯峨山翼, 坂本雄, 佐藤智哉
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] スピン操作したRIビームの生成 (2014)
  • Author(s): 市川雄一
  • Organizer: 第8回日本物理学会若手奨励賞受賞記念講演，日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
  • Invited
• [Presentation] Co-magnetometry with ^<129>Xe/^3He dual active spin maser technique (2014)
  • Author(s): T. Sato, Y. Ichikawa, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Study of EDM cell with coexisting ^<129>Xe/^3He (2014)
  • Author(s): Y. Ohtomo, Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Sakamoto, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Performance test of improved magnetic field stabilization system for EDM measurement (2014)
  • Author(s): Y. Sakamoto, C. P. Bidinosti, Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Ohtomo, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Digital feedback system for active spin maser (2014)
  • Author(s): S. Kojima, T. Sato, Y. Ichikawa, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] Search for electric dipole moment of ^<129>Xe using active nuclear spin maser (2014)
  • Author(s): Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, S. Kojima, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 7th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA 2014)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 20140314-20140316
• [Presentation] 能動帰還型核スピンメーザーを用いた^<129>Xe原子永久電気双極子能率の探索 (2013)
  • Author(s): 佐藤智哉
  • Organizer: 光領域および精密周波数発生の回路技術調査専門委員会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20131217-20131217
  • Invited
• [Presentation] Spin masing, and looking for an atomic EDM of nuclear origin (2013)
  • Author(s): K. Asahi
  • Organizer: Physical Research Laboratory Colloquium
  • Place of Presentation: Physical Research Laboratory, Ahmedabad, India
  • Year and Date: 20131205-20131205
  • Invited
• [Presentation] Nuclear EDM (2013)
  • Author(s): 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-23
  • Invited
• [Presentation] ^<129>Xe/^3Heの偏極生成及び緩和機構 (2013)
  • Author(s): 大友祐一, 市川雄一, 佐藤智哉, 坂本雄, 鈴木貴大, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-20130923
• [Presentation] ^3He共存磁力計のダブルセルへの適用 (2013)
  • Author(s): 佐藤智哉, 市川雄一, 大友祐一, 坂本雄, 鈴木貴大, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-20130923
• [Presentation] ^3He共存磁力計の導入による129Xe原子EDM測定実験II (2013)
  • Author(s): 市川雄一, 佐藤智哉, 大友祐一, 坂本雄, 鈴木貴大, 近森正敏, 宮武裕和, 彦田絵里, 七尾翼, 鈴木都文, 土屋真人, 井上壮志, 古川武, 吉見彰洋, C. P. Bidinosti, 猪野隆, 上野秀樹, 松尾由賀利, 福山武志, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 20130920-20130923
• [Presentation] Experimental search for atomic EDM in ^<129>Xe using active nuclear spin maser (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, T. Sato, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, T. Suzuki, M. Chikamori, E. Hikota, H. Miyatake, T. Nanao, K. Suzuki, M. Tsuchiya, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, C. P. Bidinosti, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: 3rd International Workshop on the Physics of fundamental symmetries and Interactions at low energy and the precision frontier (PSI2013)
  • Place of Presentation: Paul Sherrer Institut, Villigen, Switzerland
  • Year and Date: 20130909-20130912
• [Presentation] Construction and performance test of improved magnetic field stabilization system for EDM measurement (2013)
  • Author(s): Y. Sakamoto, C. P. Bidinosti, Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, T. Suzuki, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: The 25th International Nuclear Physics Conference (INPC 2013)
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 20130602-20130607
• [Presentation] Active nuclear spin maser oscillation with double cell (2013)
  • Author(s): E. Hikota, M. Chikamori, Y. Ichikawa, Y. Ohtomo, Y. Sakamoto, T. Suzuki, C. P. Bidinosti, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: The 25th International Nuclear Physics Conference (INPC 2013)
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 20130602-20130607
• [Presentation] Search for electric dipole moment in ^<129>Xe atom using active nuclear spin maser (2013)
  • Author(s): Y. Ichikawa, M. Chikamori, Y. Ohtomo, E. Hikota, Y. Sakamoto, T. Suzuki, C. P. Bidinosti, T. Inoue, T. Furukawa, A. Yoshimi, K. Suzuki, T. Nanao, H. Miyatake, M. Tsuchiya, N. Yoshida, H. Shirai, T. Ino, H. Ueno, Y. Matsuo, T. Fukuyama, K. Asahi
  • Organizer: The 25th International Nuclear Physics Conference (INPC 2013)
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 20130602-20130607