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Dark matter Axion search using quantum-coherence amplification mechanism

使用量子相干放大机制进行暗物质轴子搜索

基本信息

批准号：
19H00686
负责人：
笹尾登
金额：
$ 28.87万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、暗黒物質の有力候補であるアクシオン並びにダークフォトン(以下ではアクシオンと記す)を量子干渉による増幅機構(コヒーレンス)を用いて探索する。標的としては結晶(Er3+:YSO)あるいは原子(Cs)を想定している。前者については、本研究中に発見した周期的な超放射現象のより詳しい性質を明らかにした。即ち超放射遷移下位準位の寿命の実験的確定、超放射以外の放射(自然放射やいわゆるAmplified-Spontaneous-Emission等)の定量化、周期の入力パワー依存性などである。現在はこれらの実験結果を論文にまとめることを行っている。また実験とともに、この現象を説明する理論模型の構築と模型に基づくシミュレーションを整備した。模型は３準位系１次元の簡単なものであるが、結晶を一種の光学空洞とみなし、その減衰パラメータが周期的に変化することにより周期超放射を再現する。但し実験で観測されたパラメータ(超放射周期、そのパルス幅、パルス中の光子数等)を完全には説明しきれていない。一方セシウム原子を用いたアクシオン探索については、常温セルを用いた予備実験を遂行した。具体的には、基底状態(6s1/2)と励起状態(6p3/2)及び基底状態と励起状態(8p3/2)間のDoppler Free Spectroscopyを行い、既存のパラメータと一致することを確認した。また実験に必要とされたレーザーを整備した。セシウム原子を用いたアクシオン探索実験については、Magneto-Optical-Trap (MOT)標的を用いて冷却原子を作り出す。MOTの性質を再現するシミュレーションコードの開発に着手した。また詳しい理論計算を行い、アクシオンおよびダークフォトン暗黒物質に対する到達感度を確定した。現在はこれらの結果を論文にするためにまとめを行っている。

In this study, a strong candidate for dark matter is the であるアクシオン和びにダークフォトン(hereinafter referred to as であるアクシオンアクシオンと记す)をQuantum Dry による Amplification Mechanism (コヒーレンス)をExplore with いてする. The target としては crystal (Er3+:YSO) あるいは atom (Cs) をconcept している. The former is a super radioactive phenomenon, and the nature of the superradiation phenomenon in this study is a clear one. That is, the determination of the lifespan of the lower level of superradiation migration, the quantification of radiation other than superradiation (natural radiation, Amplified-Spontaneous-Emission, etc.), and the determination of periodic power dependence.はこれらの実験RESULTSにまとめることを行っている.また験とともに、このphenomenonをExplanationするTheoretical ModelのConstructionとBasis of the Modelづくシミュレーションを Maintenanceした. Model 3 standard system 1-dimensional simple なものであるが, crystal を a kind of optical void とみなし, the attenuation of the パラメータが period of the に変化することによりcyclic super radiation を reappearance する. But the し実験で観measurement されたパラメータ (super radiation period, そのパルス amplitude, パルス中のphoton number, etc.) is completely には explanation しきれていない. One party's セシウムatomic を uses いたアクシオン to explore については, and the room temperature セルを uses いた to prepare 実験を carry out した. Specifically, Doppler Free between the basic state (6s1/2) and the active state (6p3/2) and the basic state and the active state (8p3/2) Spectroscopyを行い、existing のパラメータとconsistencyすることをconfirmationした. It is necessary to prepare the necessary equipment.セシウムatomicを用いたアクシオンExplore実験については, Magneto-Optical-Trap (MOT) target を用いてCOOLING ATOMICを出り出す. The nature of the MOT is reproduced in the game.また detail しいTheoretical calculation を行い, アクシオンおよびダークフォトン dark matter に対するreach sensitivity をdetermine した. Now the results of the paper are the same as the results of the paper.