冷却単一イオンを用いた光格子中原子の状態検出と操作

使用冷却的单离子检测和操纵光学晶格中的原子状态

基本信息

批准号：
16J00890
负责人：
齋藤了一
金额：
$ 0.83万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は冷却単一原子イオンによる中性原子の状態操作・検出手法の開発を目指すものである。今年度は主に中性原子気体中の単一イオンの温度変化と中性原子と原子イオン間の非弾性散乱過程のスピン依存性の２点について集中的に研究を行い、成果が得られた。昨年度までにプローブヘッドとなるカルシウムイオンに対し、サイドバンド冷却を実装し、原子気体の高解像度でプローブが可能となる領域に冷却したが、本年度は原子気体との衝突による温度変化の詳細を測定した。数ケルビン程度の領域で冷却原子気体と混合したカルシウムイオンが中性原子気体の密度に依存して冷却される振る舞いを観測できた。これは中性原子の状態を検出する際にプローブの精度が悪化しないことを示しており、本研究における重要なマイルストーンである。加えて、中性原子気体によるイオンの冷却手法の開発という観点からも重要な成果である。以上の内容を国際誌にて発表した。また、本研究では中性原子-イオン間の非弾性散乱過程におけるスピン依存性に関する実験を行った。昨年度までに中性リチウム原子とカルシウムイオン間における電荷交換散乱と状態変化散乱（クエンチ散乱）の二種類の非弾性散乱過程が観測された。理論研究者との共同研究によりこの二つの散乱過程がスピン状態の違いによって異なる反応経路をたどって起こることが明らかになった。そこでレーザー光を用いて中性原子、イオンのスピン状態を選別し、両者を混合して電荷交換散乱を観測することに成功した。スピン状態を含めた単一の状態を実験者が任意に選択して反応を観測する手法の開発は、極低温における化学反応過程の観測における重要ステップと言える。

本研究旨在开发一种使用冷却的单原子离子操纵和检测中性原子状态的方法。今年，我们重点研究了两点：中性原子气体中单个离子的温度变化，以及中性原子与原子离子之间非弹性散射过程的自旋依赖性，并取得了成果。直到去年，我们对构成探头的钙离子实施了边带冷却，将它们冷却到可以对原子气体进行高分辨率探测的区域，但今年我们将测量由于与原子气体碰撞而引起的温度变化的细节。做过。我们观察到，与冷原子气体混合的钙离子的冷却取决于几开尔文范围内的中性原子气体的密度。这是这项研究的一个重要里程碑，因为它表明探针在检测中性原子状态时的准确性不会恶化。此外，从开发使用中性原子气体冷却离子的方法的角度来看，这是一个重要的结果。以上内容发表在国际杂志上。此外，在这项研究中，我们对中性原子和离子之间的非弹性散射过程的自旋依赖性进行了实验。直到去年，在中性锂原子和钙离子之间观察到两种类型的非弹性散射过程：电荷交换散射和状态变化散射（淬灭散射）。与理论研究人员的合作研究表明，这两种散射过程根据自旋态通过遵循不同的反应路径而发生。因此，他们成功地利用激光选择中性原子和离子的自旋态，将它们混合，并观察电荷交换散射。开发一种实验者可以任意选择包括自旋态在内的单一态来观察反应的方法，是观察极低温下化学反应过程的重要一步。