Dark matter Axion search using quantum-coherence amplification mechanism

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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。