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，我们开发了一种核旋转梅塞尔，该核自旋梅塞长期以来一直保持自旋年龄差，并使用对不均匀稀有气体元件的连贯性控制^<129> XE核自旋。这在低频区域（〜30Hz）中成功地振荡了核自旋，这对于常规的核自旋细胞不可能。为了实现维持核自旋年度差异的振荡现象，必须用自旋系统标记一个与不均匀极化自旋水平分量始终正交的水平磁场。因此，使用外部共振半导体激光器构建了光学^<129> XE核自旋。这种光学方法是有效的，可以通过NMR线圈很难检测到低频自旋差。以这种方式检测到的旋转差异信号的相位检测被调整为相位的相位，并通过计算电路调整水平磁场的相位和振幅，以打动自旋系统。当该“反馈磁场”的生成中发生相误差时，核自旋年差异的恒定振荡频率会变化。这等同于激光中的拉力效应，本研究中使用的反馈系统可以准确控制反馈磁场的相位。当使用相误差和旋转样松弛时间T_2用作变量时，测量振荡频移。结果，它在校正Bloch方程之间显示出良好的匹配，发现在T_2 = 300s中，频率误差降低至每个相误差的9μHz。众所周知，使用此光学自旋检测的核自旋振荡器可用于精确的物理实验，例如勘探实验，例如电躁郁症桅杆的勘探实验。

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