レーザー冷却放射性同位元素による反物質消滅機構の解明

使用激光冷却放射性同位素阐明反物质湮灭机制

• 批准号: 22KJ1175
• 负责人: 永瀬 慎太郎
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1175/
• 关键词: 精密分光; 原子核（実験）; 量子エレクトロニクス; 電気双極子能率; レーザー

本研究は、物質創生の起源解明に向けて、フランシウム（Fr）異種同位体を同時にレーザー冷却・トラップし、超精密分光を行うことで、電子の電気双極子能率やCP対称性を破る相互作用の効果を観測することを目指している。安定同位体を持たないFrを用いた実験は、一年間を通して数日の加速器実験に限られるため、安定アルカリ原子であるルビジウム（Rb）およびセシウム（Cs）原子を用いて、異種原子の同時レーザー冷却やトラップおよび精密分光の技術基盤を構築している。本年度は、RbとCsを同時に磁気光学トラップ（MOT）するための光源開発を行った。機械的振動やミスアライメントに対して鈍感であると共に、共振器を密閉し大気圧変動による周波数ドリフトを抑制した、干渉フィルター型外部共振器半導体レーザー（ECDL）を独自に開発した。原子セルのmodulation transfer分光を行い、周波数安定化回路を作製し、開発したECDLの周波数安定化が完了した。MOT中のRbおよびCsは光格子トラップ中に導入する予定であり、光格子トラップに必要な波長1064 nmで発振する大強度レーザー光源が開発され、実験に必要な光源のほとんどが整備された。Frを用いた加速器実験においては、数日間の実験を通して安定的にFrをMOT領域へ導入することが可能となった。FrのMOTに向けて、トラップ効率が課題となっている。本実験では、MOT効率向上のために、内壁にパラフィンをコーティングしたセルを用いてMOT領域を囲んでいる。パラフィンは高いアルカリ原子吸着防止能力を持つとされているが、デガスが多く真空度悪化が問題となる。この真空度悪化を抑制するために、パラフィンコーティングを施したセルを極低温に冷却する装置の開発を目指している。現在、ペルチェ素子と冷却水を用いてセルを-30°Cまで冷却することが可能となった。

这项研究旨在通过同时激光冷却和捕获钫 (Fr) 的不同同位素并进行超精密光谱来阐明材料产生的起源，目的是观察作用的影响。使用不具有稳定同位素的 Fr 的实验仅限于全年几天的加速器实验。我们正在建立冷却、捕获和精密光谱学的技术基础。今年，我们开发了一种用于同时磁光捕获（MOT）铷和铯的光源。我们自主开发了干涉滤光片型外腔半导体激光器（ECDL），该激光器对机械振动和不对中不敏感，并具有密封谐振器，可抑制因大气压力波动而导致的频率漂移。我们进行了原子室的调制传递光谱，创建了稳频电路，并完成了开发的ECDL的稳频。计划将MOT中的Rb和Cs引入光学晶格陷阱中，并且已经开发出光学晶格陷阱所需的以1064nm波长振荡的高强度激光光源，并且大部分实验所需的光源已准备好。在使用Fr的加速器实验中，经过几天的实验，可以将Fr稳定地引入MOT区域。陷阱效率是神父 MOT 的一个问题。在本实验中，为了提高MOT效率，使用内壁涂有石蜡的细胞包围MOT区域。据说石蜡具有很强的防止碱原子吸附的能力，但它会引起脱气和真空度恶化的问题。为了抑制真空度的恶化，我们的目标是开发一种将石蜡涂层电池冷却至极低温度的装置。现在可以使用珀耳帖元件和冷却水将电池冷却至 -30°C。

项目成果

Development of a Laser Frequency Stabilization and an Optical Transmission System for the Francium Electric Dipole Moment Search

用于钫电偶极矩搜索的激光稳频和光传输系统的开发

• DOI: 10.1088/1742-6596/2249/1/012010
• 发表时间: 2022
• 作者: K. Nakamura; S. Nagase; T. Nakashita; T. Hayamizu; T. Aoki; H. Nagahama; N. Ozawa; M. Sato; K. Yamane; M. Fukase; D. Uehara; A. Takamine;Y. Sakemi
• 通讯作者: Y. Sakemi

Development of a novel comagnetometer for high-precision measurement of the electron’s electric dipole moment using laser-cooled Fr atoms

开发新型共磁计，利用激光冷却 Fr 原子高精度测量电子电偶极矩

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Nagase; H. Nagahama; K. Nakamura; N. Ozawa; M. Sato; T. Nakashita; M. Fukase; D. Uehara; Y. Sakemi
• 通讯作者: Y. Sakemi