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

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。

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。