レーザー冷却重元素を用いた電子の電気双極子能率探索

使用激光冷却重元素研究电子的电偶极子效率

• 批准号: 21J12044
• 负责人: 小澤 直也
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12044/
• 关键词: 反物質消失機構; CP対称性の破れ; 永久電気双極子能率; フランシウム; 表面中性化; レーザー冷却; 光格子; ファイバー増幅器; 磁気光学トラップ

宇宙の誕生以降、粒子と反粒子が対をなして生成することで、今日存在する物質が形成されてきたと考えられている。一方、もしも粒子と反粒子が同じ量だけ作られてきたとすると、全て対消滅により失われてしまい物質が形成されなかったはずである。したがって、宇宙の進化の過程において粒子が反粒子よりも多く残るような非対称な過程が存在したことが期待される。本研究では、このような物質・反物質対称性の破れの起源の一つとなり得る時間反転対称性の破れを示す効果である、電子の永久電気双極子能率 (EDM) を高精度で測定することを目指す。原子番号の大きいアルカリ原子では電子の相対論的運動により電子EDMが大きく増幅され、最も重いアルカリ元素であるフランシウム (Fr) 原子の場合、その増幅度は800倍程度にのぼることが理論計算により示唆されている。本研究では、理化学研究所AVFサイクロトロンを用いたFr原子大強度生成およびレーザー冷却の技術を駆使し、Fr原子のEDMを高精度で測定するための装置開発および実験を推進している。本年度は、光格子用大強度レーザー光を生成するためのYb添加ファイバー増幅器 (YDFA) の製作を実施した。十分なパワーを利用するためには、YDFAを高放射線環境下である加速器ビームライン付近に設置することが必要となる。したがって、放射線シールドの装備や、破損部品の交換が容易になるように、YDFAをファイバー融着技術によって自作した。数値計算による性能予測と併せて開発を進めた結果、10 W 以上のパワーを供給することに成功した。また、Frを用いた中性化・磁気光学トラップの実験も実施し、特に中性化標的の表面状態が原子生成効率を大きく左右することを確認した。これらの研究により、冷却Fr原子を用いた電子EDM測定に向けた基幹装置開発を完遂し、また最適化に向けた課題を明確化した。

の is born in the universe, particle と antiparticles が を seaborne な し て generated す る こ と で, exist today す る matter が さ れ て き た と exam え ら れ て い る. Side, も し も particle と antiparticles が amount with じ だ け as ら れ て き た と す る と, whole て eliminate seaborne に よ り lost わ れ て し ま い matter が さ れ な か っ た は ず で あ る. し た が っ て, cosmic の の evolution process に お い て particle が antiparticles よ り も く more residual る よ う な not called な process が seaborne existence し た こ と が expect さ れ る. This study で は, こ の よ う な matter, antimatter said sex seaborne の broken れ の origin の a つ と な り る time for inverse planning polices according to sexual の broken れ を could promote behavior fruit で す in あ る, electronic の permanent electric 気 dipole duty (EDM) を determination of high precision で す る こ と を refers す. Atomic mash の big き い ア ル カ リ atomic で は electronic の phase theory of seaborne movement に よ り electronic EDM が big き く rights of さ れ, most も い ア ル カ リ element で あ る フ ラ ン シ ウ ム (Fr) atomic の occasions, そ の raised by は 800 times degree に の ぼ る こ と が theoretical calculation に よ り in stopping さ れ て い る. This study で は, riken institute AVF サ イ ク ロ ト ロ ン を with い た Fr atoms big strength to お よ び レ ー ザ ー cooling の technology を 駆 make し, determination of Fr atomic の を EDM precision で す る た め の device 発 お よ び be 験 を propulsion し て い る. は this year with great intensity, light grid レ ー ザ ー を light generated す る た め の Yb add フ ァ イ バ ー raised image editor (YDFA) の production を be applied し た. Very な パ ワ ー を using す る た め に は, YDFA を high radiation environment で あ る accelerator ビ ー ム ラ イ ン paying nearly に set す る こ と が necessary と な る. し た が っ て, radiation シ ー ル ド の equipment や, easy damaged part の exchange が に な る よ う に, YDFA を フ ァ イ バ ー melting technology に よ っ て made し た. The numerical calculation に よ る と to test performance and せ て open 発 を into め た results, more than 10 W の パ ワ ー を supply す る こ と に successful し た. ま た, Fr を い た neutralization, magnetic 気 optical ト ラ ッ プ の be 験 も be し shi, の に neutralization target surface state が atoms を large working rate き く around す る こ と を confirm し た. こ れ ら の research に よ り, cooling Fr atomic を い た electronic measuring に EDM to け た backbone device 発 を out hence し, ま た optimization to け に た fraught topics を し た.

项目成果

Current status of the electron EDM search using laser-cooled francium atoms

使用激光冷却钫原子进行电子电火花研究的现状

• 发表时间: 2021
• 作者: 森下 弘海;江副 祐一郎;石川 久美;沼澤 正樹;伊師 大貴;福島 碧都;内野 友樹;作田 紗恵;稲垣 綾太;上田 陽功;関口 るな;辻 雪音;村川 貴俊;満田 和久;森下 浩平;中嶋 一雄;金森 義明;Naoya Ozawa et al.
• 通讯作者: Naoya Ozawa et al.

Two-dimensional beam profile monitor for the detection of alpha-emitting radioactive isotope beam

用于检测α发射放射性同位素束的二维束流轮廓监测器

• DOI: 10.1016/j.nima.2021.165803
• 发表时间: 2021
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
• 作者: Tanaka K.S.;Dammalapati U.;Harada K.;Hayamizu T.;Itoh M.;Kawamura H.;Nagahama H.;Nakamura K.;Ozawa N.;Sakemi Y.
• 通讯作者: Sakemi Y.

永久電気双極子能率探索を目指した冷却フランシウム原子源の開発

开发冷却钫原子源，旨在寻找永久电偶极子效率

• 发表时间: 2023
• 作者: 種村拓夫;小松憲人;福井太一郎;中野義昭;小澤直也
• 通讯作者: 小澤直也

Quantum sensing of the electron electric dipole moment using ultracold entangled Fr atoms

使用超冷纠缠 Fr 原子对电子电偶极矩进行量子传感

• DOI: 10.1088/2058-9565/ac1b6a
• 发表时间: 2021
• 期刊: Quantum Science and Technology
• 影响因子: 6.7
• 作者: Aoki T;Sreekantham R;Sahoo B K;Arora Bindiya;Kastberg A;Takamine A;Ueno H;Ichikawa Y;Matsuda Y;Haba H;Sakemi Y et al.
• 通讯作者: Sakemi Y et al.

Development of novel detection system for francium ions extracted from online surface ionizer

在线表面电离器提取钫离子新型检测系统的开发

• 发表时间: 2021
• 期刊: RIKEN Accelerator Progress Report
• 作者: N. Ozawa;H. Nagahama;T. Hayamizu;K. Nakamura;M. Sato;S. Nagase;Y. Kotaka;K. Kamakura;K.S. Tanaka;M. Ohtsuka;T. Aoki;Y. Ichikawa;A. Takamine;H. Haba;H. Ueno;and Y. Sakemi
• 通讯作者: and Y. Sakemi