永久電気双極子モーメント探索に向けた高輝度Fr原子線源の開発

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本研究において、加速器を用いて生成したフランシウム（Fr）原子を高効率で磁気光学トラップで捕獲する装置を開発することで、高精度で電子EDM探索を行う基盤を作る。当該年度では、加速器で生成したFrを一価の陽イオンビームとして引き出し、さらにビームエネルギーを100eVという低エネルギーで中性化標的のイットリウム箔に照射することに成功した。また、ビーム輸送系の電極に交流電場を印加することで、ビーム中に含まれる不純物を約７０％減らすことができ、イオン光学シミュレーションと概ね一致することを確認した。以上により、ビーム不純物によるイットリウム箔表面汚染を抑制し、また、Frイオンを低エネルギーで照射することで、箔表面近傍にFrイオンを付着させることができた。イットリウム箔を加熱することにより、電子再結合反応で中性化したFr原子を箔表面から脱離させ、磁気光学トラップへと輸送するが、その中性化および脱離効率は、イットリウム箔の表面状態に強く依存する。また、脱離に必要な温度は、Frが箔表面に近いほど低くなることがわかっており、なるべく低温で加熱することで、磁気光学トラップセルの真空度悪化を抑制することが、トラップ効率を高める上で重要である。イットリウム箔は大気中で安定な酸化膜を約120層形成することが知られており、さらにその上に、汚れの層や吸着分子膜の層を形成している。これらの層をアルゴンイオン銃によるスパッタリングで予め除去することで、本来の純粋なイットリウム層を露出させ、Fr原子の中性化・脱離効率を最大限高めることに成功した。