光格子時計の宇宙応用による標準理論を超えた物理学の開拓

通过光学晶格钟的空间应用探索标准模型之外的物理

• 批准号: 22H00148
• 负责人: 国分 紀秀
• 金额: $ 28.12万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00148/
• 关键词: 光格子時計; 気球実験; 国際宇宙ステーション; 人工衛星; 衛星測位; 大気球

本研究の最終的な目標は、標準理論を超えた物理学の開拓を目指して、従来の原子時計より3 桁も高い性能を実現する光格子時計を用いて一般相対論の精密検証・暗黒物質探査などに関する基礎物理学実験を衛星軌道上で実施することである。その最初のステップとして国際宇宙ステーション(ISS) への搭載を目指した実証機の開発を進める。本年度は必要な機材の準備と並行して、地上での社会実装に向けて開発されている最新の光格子時計の詳細を把握しつつ、それを宇宙応用するにあたって特に必要となる技術要素に絞った開発を進めた。特に、異なる波長のレーザーを必要な時間精度でタイミング制御し、光検出器からの信号を元に変調周波数へフィードバックする機能を、PC上のソフトウェアを介さずにFPGAベースで行う基板を設計・製作して要素試験を実施した。さらに、地上と衛星間で高精度に周波数比較を行うために必要となる技術に関する調査検討を行い、その実証試験計画の具体的な策定を立案した。また、ISS搭載よりも短い時間スパンで実現可能な宇宙環境実証試験として、大気球を用いた高度数10kmでの周波数比較実験を新たに構想し、数年かけて段階的に放球機会を獲得して実証度を高めていく提案を行った。その最初のステップとして気球高度での高精度測位の実証を相乗り気球にて次年度に実施する提案が採択されたため、気球搭載用のGNSS測位モジュールを開発・製作して地上での試験を実施した。

The ultimate goal of this study is to develop a standard model for ultra-physics, to develop new atomic time-measuring systems, to realize high performance optical lattice time-measuring systems, to apply general relativity theory, to precision verification, to dark matter detection, and to implement basic physics in satellite orbits. The initial launch of the International Space Station (ISS) was aimed at the development of the aircraft. This year, the preparation and development of necessary mechanical materials, the development of social equipment on the ground, the development of the latest optical grid time meter, the development of technical elements necessary for the use of space, etc. Special, different wavelength of the wavelength of the necessary time accuracy of the control, optical detector from the signal element to adjust the frequency of the function, PC on the circuit board FPGA design, production and implementation of the elements A high-precision frequency comparison between satellites and terrestrial satellites is necessary for technical investigation and discussion, and specific planning for practical test projects is proposed. The ISS is equipped with a short time span, and it is possible to realize the test of the universe environment, the comparison of the number of cycles with the high degree of 10km, the new conjecture, and the high degree of the ball release opportunity. The first phase of high precision positioning of the satellite altitude was carried out in the next year. The second phase of GNSS positioning was carried out in the first phase of the satellite altitude.