ポジトロニウムによるボース・アインシュタイン凝縮の実現

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ポジトロニウムによるボース・アインシュタイン凝縮実現に必須の技術である、レーザー冷却を実施するための研究開発が進んだ。主な成果は次の2点である。1. 2P励起状態にあるポジトロニウムとシリカとの間にはたらく崩壊相互作用の検証近年、ポジトロニウムを多孔質中で2P状態に遷移すると、ガンマ線への崩壊が促進されることが発見された。レーザー冷却にはこの遷移を用いるため、崩壊が生じる機構を解明し、抑制する手法を考案する必要がある。今年度の研究では、シリカエアロゲルという多孔質中での遷移や崩壊現象を定量的・系統的に観測した結果に基づき、崩壊現象が2P状態の低い束縛エネルギーと高い誘電率によって引き起こされているという機構を提唱した。この成果により、崩壊現象の抑制を目指したさらなる研究の方向性が決定づけられた。2. 真空中での効率の良い光励起方法の開発1. で述べた事情により、多孔質中でのレーザー冷却実現には障壁が多いため、励起状態の崩壊が起きない真空中でのレーザー冷却実現の準備を進めた。真空中での冷却により、遷移周波数精密測定への応用が可能となる。真空中で運動するポジトロニウムを効率良く冷却するためには、飛程50 mmの領域にレーザーを照射し続ける必要があるが、単純にビーム径を広げただけでは、飽和強度が得られなくなってしまう。そこで本研究では、レーザーを合わせ鏡の間で往復させることで、実効的な光照射領域を拡張したセットアップを構築し、励起効率を増加することを考案した。また、ポジトロニウムは、シリカプレートで挟むことにより、レーザー照射領域に閉じ込める。このセットアップの動作確認を行い、およそ300 nsにわたりポジトロニウムを励起し続けることに成功した。このセットアップにより、効率の良いレーザー冷却実証の可能性を高めることができた。