Ultracold highly charged ion generation and spectroscopy toward time variation detection of fundamental physical constant

超冷高电荷离子生成和光谱学，用于基本物理常数的时间变化检测

基本信息

批准号：
17J05087
负责人：
木村直樹
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、極低温多価イオンの精密分光に向けた道筋をつけることにある。本年度は、前年度に精密分光実験の最初のターゲットとして選定し、電気通信大学の装置『小型電子ビームイオントラップ』を用いて観測したバリウム多価イオンの可視光遷移の波長測定精度を向上させ、精密に遷移波長を決定することに注力した。従来の波長測定実験において、不確かさの改善を制限していたのは、外部照射の標準光源を用いる波長校正法に起因する系統誤差である。その系統誤差を排除するため、電子ビームイオントラップ内で参照スペクトルを発光させる新しい波長校正法を提案・実証した。この新校正法では、バリウムとは別の元素を電子ビームイオントラップ内に導入し、校正用の発光ピークを観測する。参照用の導入元素の選定およびその導入量の最適化を行った結果、Arガスを5×10^-7 Pa程度導入することで、Ba7+を生成・捕捉しながらAr+の参照用ピークを同時に観測することに成功した。その後、観測された混合種の発光スペクトルを詳細に解析して、Ba7+の基底状態における微細構造間遷移(2P1/2 - 2P3/2 : 424 nm)の遷移波長を10^-5以下の不確かさで決定した。この不確かさは従来の測定よりも1桁以上小さい値となっている。加えて、Neガス導入によるBa6+の微細構造間遷移(3P0 - 3P1 : 645 nm)の発光と中性Neの発光との同時観測実験にも成功した。これによって、導入する参照用元素を変更すれば、別の波長領域でも新方法は有用であることが確認され、本校正手法の汎用性が示された。本研究で決定された遷移波長は、レーザー分光実験の成否を左右する非常に重要な情報であり、従来の不確かさを1桁以上改善した本研究の成果は、基礎物理定数の時間依存性検証へ向けた実験的研究への第一歩を示すものである。

这项研究的目的是为低温多价离子的精确光谱铺平道路。今年，我们将提高多电荷钡离子可见光跃迁的波长测量精度，去年被选为精密光谱实验的第一个目标，并使用电子通信大学的设备“小电子束”进行了观测离子阱。”我们专注于精确确定跃迁波长。在传统的波长测量实验中，使用标准外部照明光源的波长校准方法引起的系统误差限制了改善不确定性的能力。为了消除这种系统误差，我们提出并演示了一种新的波长校准方法，其中在电子束离子阱内发射参考光谱。在这种新的校准方法中，将除钡之外的元素引入电子束离子阱中，并观察用于校准的发射峰。通过选择参考元素并优化其引入量，通过引入约5×10^-7 Pa的Ar气体，我们能够在成功生成和捕获Ba7+的同时观察到Ar+的参考峰。之后，我们详细分析了观察到的混合物种发射光谱，并确定了Ba7+基态下精细结构之间跃迁的跃迁波长（2P1/2 - 2P3/2：424 nm），不确定度小于10^ -5。决定了。这种不确定性比传统测量小一个数量级以上。此外，通过引入Ne气体，我们成功地同时观察到Ba6+细结构转变（3P0 - 3P1：645 nm）的发射和中性Ne的发射。这证实了通过改变引入的参考元件，新方法在其他波长区域是有用的，展示了该校准方法的多功能性。本研究确定的跃迁波长是决定激光光谱实验成败的极其重要的信息，而本研究的结果将常规不确定度提高了一个数量级以上，验证了这是实现这一目标的实验研究的第一步。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

バリウム多価イオンのレーザー分光に向けた禁制遷移波長の精密測定

多电荷钡离子激光光谱禁戒跃迁波长的精确测量

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
木村直樹
通讯作者：
木村直樹

Concept design for cold highly charged ion generation toward time variation detection of fine structure constant α

用于精细结构常数 α 时变检测的冷高电荷离子生成概念设计

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
N. Kimura; K. Okada; N. Nakamura; N. Ohmae; H. Katori;M. Wada
通讯作者：
M. Wada

VISIBLE SPECTROSCOPY OF HIGHLY CHARGED BARIUM IONS IN A COMPACT ELECTRON BEAM ION TRAP WITH A BUFFER GAS CALIBRATION METHOD

采用缓冲气体校准方法对紧凑型电子束离子阱中高电荷钡离子进行可见光谱分析

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
N. Kimura; R. Kodama; K. Suzuki; S. Ohishi; M. Wada; K. Okada; N. Ohmae; H. Katori; N. Nakamura
通讯作者：
N. Nakamura

冷却多価イオン生成に向けたイオンの生成と捕捉II

用于冷却多价离子生成 II 的离子生成和捕获

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
木村直樹;和田道治;岡田邦宏;加藤秀俊;中村信行;大前宣昭;香取秀俊
通讯作者：
香取秀俊

Direct Wavelength Measurement of the Visible M1 Transition in Ba7+ with a Novel Calibration Method

使用新颖的校准方法直接测量 Ba<sup>7 </sup> 中可见 M1 跃迁的波长

DOI：
10.1585/pfr.14.1201021
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0.8
作者：
KIMURA Naoki;KODAMA Ryunosuke;SUZUKI Kento;OISHI Shimpei;WADA Michiharu;OKADA Kunihiro;OHMAE Noriaki;KATORI Hidetoshi;NAKAMURA Nobuyuki
通讯作者：
NAKAMURA Nobuyuki