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

构建用于空间 CSL 模型验证的紧凑型机光耦合系统

• 批准号: 22K14066
• 负责人: 小森 健太郎
• 金额: $ 2.91万
• 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14066/
• 关键词: 重力波; オプトメカニクス

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。

Schrödinger方程描述了适用于具有较大质量的宏观振荡器的微观原子和分子的行为吗？由于很难实现宏观叠加状态，因此迄今为止很少进行实验验证。近年来，扩展的量子理论称为CSL模型，引入由质量引起的校正项引起了人们的注意，并且已经进行了实验验证，但准确性仍然不足。先前的研究导致了验证频率域和与悬架支持相关的噪声的问题，这项研究旨在验证外太空中的这些问题，在那里可以从根本上改善实地实验系统的构建。所使用的实验系统是一种使用挤压光的机械光学耦合系统，目的是减小尺寸，以便可以将其安装在卫星上。今年，我们降低了激光探测器的噪声，这在使用挤压光的光学实验中是一个问题。光电探测器的噪声必须足够小于光的镜头噪声，具体来说，在25 MHz的频率下，输入引用的噪声必须减少到2 PA/√Hz或更小。这是通过适当合并市售的操作放大器和双极晶体管来实现的。此外，准备非线性光学晶体用于设计用于产生挤压光的光学系统，并构建了光学系统。明年，我们计划继续构建光学系统，并用大约数十毫克的微ror形成扭转摆，这将成为测试质量，并使用参考谐振器稳定频率。