宇宙空間でのCSL模型検証に向けた小型機械光学結合系の構築

微視的な原子、分子の振る舞いを記述するシュレディンガー方程式は、質量の大きい巨視的な振動子にもそのまま適用可能なのであろうか?巨視的重ね合わせ状態の実現が困難であるため、この問いに対する実験的な検証はこれまでほとんど行われていない。近年では、質量に起因する補正項を導入するCSL模型と呼ばれる拡張量子理論が注目され、実験的検証も行われているが、精度はいまだ不十分である。先行研究では検証周波数領域の狭さ・懸架支持に伴う雑音が問題となっており、本研究ではこれらの問題点を根本的に改善可能な宇宙空間での検証を目指し、地上での実験系構築を完了させる。用いる実験系はスクイーズド光を利用した機械光学結合系であり、衛星搭載が可能となるよう小型化を行うことを目的としている。本年度は、スクイーズド光を利用するような光学実験で問題となる、レーザー光検出器の低雑音化を行った。光検出器の雑音は光のショットノイズよりも十分小さい必要があり、具体的には25 MHzの周波数において入力換算雑音2 pA/√Hz以下に低減しなければならない。市販のオペアンプとバイポーラトランジスタを適切に組み合わせることでこれを実現した。その他にも、スクイーズド光を発生させるための光学系の設計・倍波生成に用いる非線形光学結晶の準備や、光学系の構築を行った。来年度は、引き続き光学系構築を進めるとともに、試験マスとなる数10 mg程度の微小鏡つきねじれ振り子の作成、参照共振器を用いた周波数安定化を行う計画である。

微視的な原子、分子の振る舞いを記述するシュレディンガー方程式は、質量の大きい巨視的な振動子にもそのまま適用可能なのであろうか?巨視的重ね合わせ状態の実現が困難であるため、この問いに対する実験的な検証はこれまでほとんど行われていない。近年では、質量に起因する補正項を導入するCSL模型と呼ばれる拡張量子理論が注目され、実験的検証も行われているが、精度はいまだ不十分である。先行研究では検証周波数領域の狭さ・懸架支持に伴う雑音が問題となっており、本研究ではこれらの問題点を根本的に改善可能な宇宙空間での検証を目指し、地上での実験系構築を完了させる。用いる実験系はスクイーズド光を利用した機械光学結合系であり、衛星搭載が可能となるよう小型化を行うことを目的としている。本年度は、スクイーズド光を利用するような光学実験で問題となる、レーザー光検出器の低雑音化を行った。光検出器の雑音は光のショットノイズよりも十分小さい必要があり、具体的には25 MHzの周波数において入力換算雑音2 pA/√Hz以下に低減しなければならない。市販のオペアンプとバイポーラトランジスタを適切に組み合わせることでこれを実現した。その他にも、スクイーズド光を発生させるための光学系の設計・倍波生成に用いる非線形光学結晶の準備や、光学系の構築を行った。来年度は、引き続き光学系構築を進めるとともに、試験マスとなる数10 mg程度の微小鏡つきねじれ振り子の作成、参照共振器を用いた周波数安定化を行う計画である。