Development of a cryogenic high precision molecular spectroscopy system for parity non-conservation measurements

本研究の究極的な目的は、冷却された気相カイラル分子を用いてパリティの破れを測定し、素粒子物理の標準模型を超えた新物理を探索することである。現在、冷却分子系は次世代の実験ツールとして注目されており、分子の多彩な自由度を新物理探索に用いる様々な実験が提案されている。本研究ではその基盤となるバッファーガス冷却分子源と高精度・高感度分光システムを発展的に結合させる。2022年度はバッファーガス冷却した分子の可視域におけるドップラーフリー分光を行い、1MHｚレベルでの高精度分子分光を行うことを目標とした。実際にバッファーガス冷却された一水酸化カルシウム分子のドップラーフリー分光に成功し、遷移周波数の精度10MHz以下での分光を行うことができた。またさらなる高精度化に向けての光周波数コム開発も分担者とともに進めており、光周波数コム自体はすでにほぼ完成させることができた。本計画では最終的にカイラル分子の分光を目指すため、より大きな分子の冷却も重要である（カイラル分子は最低でも4原子分子である）。そこで、これまであまり研究されてこなかった大型分子のバッファーガス冷却を用いた高精度分光にも着手した。結果として世界でもあまり例のない質量数500を超えるフタロシアニン分子の高精度分光に成功し、冷却カイラル分子の高精度分光に向け大きく進展した。その他にも、バッファーガス冷却法の理解を進めるために、セル内でのドップラー効果の時間変化を測定し、セル内に複雑な流れが存在しうること、それが時間的に変化することを見出した。これらのことから、セル内の分子を分光する場合、ドップラー効果がその精度を制限する大きな要因になりうることをがわかった。以上のようなこれまでの成果をまとめ、４報の論文を発表することができた。

本研究の究極的な目的は、冷却された気相カイラル分子を用いてパリティの破れを測定し、素粒子物理の標準模型を超えた新物理を探索することである。現在、冷却分子系は次世代の実験ツールとして注目されており、分子の多彩な自由度を新物理探索に用いる様々な実験が提案されている。本研究ではその基盤となるバッファーガス冷却分子源と高精度・高感度分光システムを発展的に結合させる。2022年度はバッファーガス冷却した分子の可視域におけるドップラーフリー分光を行い、1MHｚレベルでの高精度分子分光を行うことを目標とした。実際にバッファーガス冷却された一水酸化カルシウム分子のドップラーフリー分光に成功し、遷移周波数の精度10MHz以下での分光を行うことができた。またさらなる高精度化に向けての光周波数コム開発も分担者とともに進めており、光周波数コム自体はすでにほぼ完成させることができた。本計画では最終的にカイラル分子の分光を目指すため、より大きな分子の冷却も重要である（カイラル分子は最低でも4原子分子である）。そこで、これまであまり研究されてこなかった大型分子のバッファーガス冷却を用いた高精度分光にも着手した。結果として世界でもあまり例のない質量数500を超えるフタロシアニン分子の高精度分光に成功し、冷却カイラル分子の高精度分光に向け大きく進展した。その他にも、バッファーガス冷却法の理解を進めるために、セル内でのドップラー効果の時間変化を測定し、セル内に複雑な流れが存在しうること、それが時間的に変化することを見出した。これらのことから、セル内の分子を分光する場合、ドップラー効果がその精度を制限する大きな要因になりうることをがわかった。以上のようなこれまでの成果をまとめ、４報の論文を発表することができた。