中性原子及び極性分子ボーズ凝縮体の量子渦を用いた超流動ダイナミクス研究

利用中性原子和极性分子玻色凝聚中的量子涡旋进行超流体动力学研究

• 批准号: 07J01256
• 负责人: 岡野 真之
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J01256/
• 关键词: 中性原子; 極性分子; レーザー冷却; 量子縮退; 量子渦; 超流動

本研究で、私はこれまでにない新たな系であるイッテルビウム原子・リチウム原子の異核極性分子BEC生成に向けて、実験装置開発およびレーザー冷却実験を行なった。昨年度において、真空槽内におけるイッテルビウム原子およびリチウム原子の供給源として、新たにハニカムオーブンシステムを開発し、特殊な窓と超高真空用接着剤を用いたガラスセルを新たに設計するなど、実験装置の開発と予備実験を行なった。これらの予備実験結果を踏まえ、当該年度においては、開発済みの原子ビーム源であるハニカムオーブンやガラスセルを超高真空槽に組み込んだ。また、イッテルビウム原子の原子ビームをゼーマン減速するための光源開発を行ない、超高真空槽にゼーマン減速と磁気光学トラップ(MOT)に必要な磁気コイルをそれぞれ自作して設置し、イッテルビウム原子のレーザー冷却実験を行なった。400℃程度にオーブンを熱して原子ビームとしてイッテルビウム原子を取り出し、対向して399nmのレーザー光を入射することで、ゼーマン減速を行ない原子ビームを減速した。そしてガラスセルに波長556nmの対向する6本のMOT用レーザー光を入射することで、イッテルビウム原子の磁気光学トラップに成功し、原子集団からの蛍光をCCDカメラでとらえることに成功した。次に、リチウム原子のゼーマン減速とMOTに必要なレーザー光源開発を行なった。新たに532nmのレーザー光で励起された色素レーザーを開発し、671nmで発振させて350mW程度のパワーを得ることに成功した。色素レーザーの周波数を安定化させるために、インバー製外部共振器を自作し、周波数の安定化を行なった。イッテルビウム原子と同じく、ゼーマン減速を行ない原子ビームを減速した。そしてガラスセルに波長671mの対向する6本のMOT用レーザー光(およびリポンプ光)を入射することで、リチウム原子の磁気光学トラップに成功し、原子集団からの蛍光をCCDカメラでとらえることに成功した。最後に、イッテルビウム原子とリチウム原子のゼーマン減速とMOT用のそれぞれのレーザー光を空間的に重ねてガラスセルに入射することで、イッテルビウム原子とリチウム原子を同時に磁気光学トラップして空間的に捕獲・冷却することに成功した。イッテルビウム原子とリチウム原子の同時磁気光学トラップは世界初の成果であり、今後は炭酸ガスレーザーによる光トラップで同時光トラップを行なうことで、磁場によるフシュバッハ共鳴を用いた分子生成、光会合による分子生成を経て、極低温異核極性分子BECの生成が実現できる。

在这项研究中，我开发了实验设备并进行了激光冷却实验，用于生产BEC，这是一种镱和锂原子的异核极性分子，这是一个前所未有的新系统。去年，我们开发了一些实验设备，例如开发一种新型蜂窝炉系统作为真空室中镱和锂原子的来源，以及设计一种带有特殊窗口和超高真空粘合剂的新型玻璃电池，并进行了开发和初步实验。实施。基于这些初步实验的结果，在本财年，我们将开发的原子束源、蜂窝炉和玻璃池集成到超高真空室中。我们还开发了镱原子的原子束塞曼减速光源，并在超高真空室中安装了塞曼减速和磁光陷阱（MOT）所需的磁线圈，并对镱原子进行激光冷却。我们做了一个实验。通过将烘箱加热至400摄氏度左右，并通过向相反方向注入399 nm激光束，通过塞曼减速使原子束减慢，从而将镱原子提取为原子束。通过将六束波长为 556 nm 的相对 MOT 激光束注入玻璃池中，他们成功地磁光捕获了镱原子，并成功地用 CCD 相机捕获了原子团发出的荧光。接下来，我们开发了锂原子和 MOT 的塞曼慢化所需的激光光源。他们开发了一种用 532 nm 激光激发的新型染料激光器，并成功使其在 671 nm 处振荡，获得约 350 mW 的功率。为了稳定染料激光器的频率，我们制作了殷钢外谐振器，稳定了频率。与镱原子一样，塞曼减速用于减慢原子束的速度。通过将波长为 671m 的六束相对的 MOT 激光束（和再泵浦光束）注入玻璃池中，我们成功地磁光捕获了锂原子，并成功地用 CCD 相机捕获了原子团的荧光。最后，通过在空间上重叠镱原子和锂原子的塞曼减速以及用于MOT的各自激光束并进入玻璃池，镱原子和锂原子同时被磁光捕获并在空间上成功地冷却。同时磁光捕获镱原子和锂原子是世界上的首次成就。将来，通过使用二氧化碳激光器进行同时光捕获，我们将利用磁场的富施巴赫共振来创建分子，并通过光学缔合来创建分子。通过该工艺，可以实现低温异核极性分子BEC的生产。