原子干渉計におけるデコヒーレンス時間の質量依存性の研究

原子干涉仪退相干时间质量依赖性研究

• 批准号: 20K14482
• 负责人: 中村 圭佑
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14482/
• 关键词: 光格子; 光ファイバ増幅器; 原子干渉計; 周波数安定化; レーザー冷却; 磁気光学トラップ; デコヒーレンス; 量子重力; 精密分光

本研究では、安定同位体であるルビジウム87とルビジウム85を同時にレーザー冷却・光格子トラップし、同じ環境下で原子干渉計を構成し、デコヒーレンス時間の質量依存性を精密検証することで量子重力理論の実験的検証に挑む。研究期間内に、①冷却光源・光学系と周波数安定化機構、②磁気光学トラップ（MOT）用の真空チェンバー及び観測系、③光格子用光源・光学系、④ラムゼー測定用マイクロ波源（あるいは2光子誘導ラマン光源）及びタイミング系・観測系の各種開発・評価、⑤デコヒーレンス時間の測定及び質量依存性の検証、の手順で研究を進める。2020年度は①と②を取り組み、冷却光源を整備するとともに、ルビジウム87及びルビジウム85のそれぞれのMOTに成功した。2021年度は、③と④に取り組み、自作用イッテルビウム添加ファイバ増幅器の部品選定・調達、および、短期安定度10^-11@10秒以上の基準信号源の選定を行った。2022年度は、③と④をさらに進めた。③光格子用光源・光学系の開発・評価イッテルビウム添加ファイバ増幅器を自作し、出力10 Wを達成した。また、光強度安定化回路を自作し、実装した。現在、MOTから光格子へのローディング効率を上げるために系全体の最適化を進めている。④ラムゼー測定用マイクロ波源及びタイミング系・観測系の各種開発・評価短期安定度が10^-12@10秒の基準信号源を調達した。また、長期安定度に優れたルビジウムクロックを、一時的に地下実験室から持ち出しGPS校正を受けられるように、バッテリー内蔵型筐体への組み込みを行った。

In this paper, we present a challenge to the verification of the quantum gravity theory for the simultaneous cooling, optical lattice, and mass dependence of atomic dryness in the same environment. During the research period,(1) cooling light source, optical system, frequency stabilizing mechanism,(2) vacuum sensor and measurement system for magneto-optical emission (MOT),(3) light source and optical system for optical lattice,(4) various developments and evaluations of wavelength source and measurement system for emission measurement,(5) measurement of wavelength time and mass dependence, and research on procedure were carried out. In 2020, the MOT for the group, cooling light source and equipment was successfully completed. In 2021, the selection of components, tuning, short-term stability and reference signal source with more than 10^-11@10 seconds shall be added. In 2022,, ③ ④. (3) Development and evaluation of optical system for optical lattice, including automatic operation and output of 10 W. In addition, the light intensity stabilization circuit is self-made and installed. Now, MOT is the most efficient way to optimize the whole system. 4. Various developments of the measurement system and the reference signal source for the short-term stability of 10^-12@10 seconds are adjusted. For example, long-term stability is optimized, time-dependent underground control room is optimized, GPS calibration is optimized, and built-in housing is optimized.

项目成果

フランシウム原子の電子電気双極子能率探索のためのレーザー周波数安定化機構と光伝送系の開発

开发用于寻找钫原子电子和电偶极子效率的激光稳频机构和光传输系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 中村圭佑，永瀬慎太郎，中下輝士，早水友洋，青木貴稔，長濱弘季，小澤直也，佐藤幹，山根風樹，深瀬実来，上原大祐，高峰愛子;酒見泰寛
• 通讯作者: 酒見泰寛

Development of a Laser Frequency Stabilization and an Optical Transmission System for the Francium Electric Dipole Moment Search

用于钫电偶极矩搜索的激光稳频和光传输系统的开发

• DOI: 10.1088/1742-6596/2249/1/012010
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: K. Nakamura;S. Nagase;T. Nakashita;T. Hayamizu;T. Aoki;H. Nagahama;N. Ozawa;M. Sato;K. Yamane;M. Fukase;D. Uehara;A. Takamine and Y. Sakemi
• 通讯作者: A. Takamine and Y. Sakemi

Long polarization-maintaining fiber link (440 m) for magneto-optical trapping of Francium atoms

用于钫原子磁光捕获的长保偏光纤链路（440 m）

• 发表时间: 2022
• 期刊: RIKEN Accelerator Progress Report
• 作者: K. Nakamura;S. Nagase;T. Nakashita;T. Hayamizu;T. Aoki;H. Nagahama;N. Ozawa;M. Sato;K. Yamane;M. Fukase;D. Uehara;A. Takamine and Y. Sakemi
• 通讯作者: A. Takamine and Y. Sakemi

400-m-Long Polarization-Maintaining Fibers for Magneto-Optical Trapping of Francium Atoms

用于钫原子磁光捕获的 400 米长保偏光纤

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 2022 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
• 作者: K. Nakamura;S. Nagase;T. Nakashita;T. Hayamizu;T. Aoki;H. Nagahama;N. Ozawa;M. Sato;K. Yamane;M. Fukase;D. Uehara;A. Takamine and Y. Sakemi
• 通讯作者: A. Takamine and Y. Sakemi

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.