低周波数核発振器の開発研究

低频核振荡器的研发

• 批准号: 13740173
• 负责人: 吉見 彰洋
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740173/
• 关键词: 核スピンメーサー; 希ガス元素^<129>Xe; 低周波発振; 外部フィードバック; 核スピン歳差; 光ポンピング法; 電気双極子モーメント; 核スピン偏極; 核スピンメーザー; 能動的フィードバック

本研究では偏極した希ガス元素^<129>Xe原子核スピンのコヒーレンス制御を外部フィードバック機構を用いて行って、スピン歳差を長時間維持する核スピンメーザーの開発を行なった。それにより従来の核スピンメーザーでは発振不可能であった低周波数領域(〜30Hz)で核スピンの発振を実現することに成功した。核スピンの歳差を維持する発振現象を実現するためには、偏極スピンの横成分に常に直交する横磁場をスピン系に印可しなければならない。そのため、外部共振器型半導体レーザーを用いて光学的に^<129>Xe核スピンの歳差位相を検出するシステムを構築した。この光学的手法は、NMRコイルでの検出が困難な低周波数のスピン歳差に対して有効である。こうして検出されたスピン歳差信号を位相検波し、演算回路を通じて、横方向磁場の位相・振幅を調整してスピン系に印可する。この「フィードバック磁場」の生成において位相の誤差が生じると核スピン歳差の定常発振周波数がシフトする。これはレーザーにおける引き込み効果と同等のもので、本研究で用いたフィードバックシステムではこのフィードバック磁場の位相を精密に制御することが可能である。この位相誤差とスピン横緩和時間T_2を変数とした際の発振周波数シフトの測定を行なった。その結果、修正Bloch方程式から導かれるものと良い一致を示し、T_2=300sでは周波数誤差は位相誤差1°あたり9μHzまで抑えられることが分かった。この光学的スピン検出を用いた核スピン発振器が電気双極子モーメントの探索実験などの精密物理実験にとって有用であることが分かつた。

在这项研究中，使用外部反馈机制对极化稀有气体元件 ^<129> XE核自旋进行了相干控制，以开发长时间维持自旋进动的核自旋maser。这导致在低频范围内实现了核自旋振荡（最高30 Hz），这对于常规的核自旋masers是不可能的。为了实现维持核自旋进动的振荡现象，必须将始终与偏光旋转的横向分量正交的横向磁场应用于自旋系统。因此，构建了一个系统，以检测使用外部空腔型半导体激光器光学地检测 ^<129> Xe核自旋的进动阶段。这种光学方法对于在NMR线圈中难以检测的低频自旋进动很有效。检测到的自旋进液信号是相位检测的，并通过算术电路调整了横向磁场的相位和振幅，以将其应用于自旋系统。如果在此“反馈磁场”的产生中发生相误差，则核自旋进动的稳态振荡频率会移动。这等同于激光器中的引进效应，本研究中使用的反馈系统可以精确控制此反馈磁场的相位。当使用相误差和自旋横向松弛时间T_2用作变量时，测量振荡频移。结果表明，与从修改的Bloch方程得出的良好一致，发现在T_2 = 300S时，频率误差可以抑制至每1°相误差9μHz。已经发现，使用光学自旋检测的核自旋振荡器可用于精确的物理实验，例如搜索电偶极矩的实验。

项目成果

A.Yoshimi, K.Asahi, T.Koike: "Continuous spin precession of noble gas nuclei with active feedback"RIKEN Accelerator Progress Report. 35. 151 (2001)

A.Yoshimi、K.Asahi、T.Koike：“具有主动反馈的惰性气体核的连续自旋进动”RIKEN 加速器进展报告。

A.Yoshimi, K.Asahi, T.Koike: "Continuous Spin Precession of Noble Gas Nuclei with Active Feedback System"RIKEN Accelerator Progress Report. 35. (2002)

A.Yoshimi、K.Asahi、T.Koike：“利用主动反馈系统实现惰性气体核的连续自旋进动”RIKEN 加速器进展报告。

A.Yoshimi, K.Asahi, K.Sakai, M.Tsuda, K.Yogo, H.Ogawa, T.Suzuki, M.Nagakura: "Nuclear spin maser with an artificial feedback mechanism"Physics Letters A. 304. 13-20 (2002)

A.Yoshimi、K.Asahi、K.Sakai、M.Tsuda、K.Yogo、H.Okawa、T.Suzuki、M.Nagakura：“具有人工反馈机制的核自旋微波激射器”《物理快报》A. 304. 13-

A.Yoshimi, K.Asahi, K.Yogo: "Nuclear spin maser with an artificial feedback for fundamental physics"Czechoslovak Journal of Physics. (in press).

A.Yoshimi、K.Asahi、K.Yogo：“具有基础物理人工反馈的核自旋微波激射器”捷克斯洛伐克物理学杂志。

A.Yoshimi, K.Asahi, K.Yogo, K.Sakai, H.Ogawa, T.Suzuki, M.Nagakura.: "Novel spin maser mechanism studied for high-precision measurement of neutron electric dipole moment"American Institute of Physics Conference Proceedings. 570. 353-357 (2001)

A.Yoshimi、K.Asahi、K.Yogo、K.Sakai、H.Okawa、T.Suzuki、M.Nagakura.：“新型自旋脉塞机制研究用于高精度测量中子电偶极矩”美国物理研究所