Ultracold highly charged ion generation and spectroscopy toward time variation detection of fundamental physical constant

超冷高电荷离子生成和光谱学，用于基本物理常数的时间变化检测

• 批准号: 17J05087
• 负责人: 木村 直樹
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J05087/
• 关键词: 多価イオン; 可視分光; 電子ビームイオントラップ; 新校正手法; 遷移波長精密測定; 冷却多価イオン生成装置開発; イオントラップ; 電子ビーム源; 超伝導コイル; 冷凍チャンバー; バリウム多価イオン

本研究の目的は、極低温多価イオンの精密分光に向けた道筋をつけることにある。本年度は、前年度に精密分光実験の最初のターゲットとして選定し、電気通信大学の装置『小型電子ビームイオントラップ』を用いて観測したバリウム多価イオンの可視光遷移の波長測定精度を向上させ、精密に遷移波長を決定することに注力した。従来の波長測定実験において、不確かさの改善を制限していたのは、外部照射の標準光源を用いる波長校正法に起因する系統誤差である。その系統誤差を排除するため、電子ビームイオントラップ内で参照スペクトルを発光させる新しい波長校正法を提案・実証した。この新校正法では、バリウムとは別の元素を電子ビームイオントラップ内に導入し、校正用の発光ピークを観測する。参照用の導入元素の選定およびその導入量の最適化を行った結果、Arガスを5×10^-7 Pa程度導入することで、Ba7+を生成・捕捉しながらAr+の参照用ピークを同時に観測することに成功した。その後、観測された混合種の発光スペクトルを詳細に解析して、Ba7+の基底状態における微細構造間遷移(2P1/2 - 2P3/2 : 424 nm)の遷移波長を10^-5以下の不確かさで決定した。この不確かさは従来の測定よりも1桁以上小さい値となっている。加えて、Neガス導入によるBa6+の微細構造間遷移(3P0 - 3P1 : 645 nm)の発光と中性Neの発光との同時観測実験にも成功した。これによって、導入する参照用元素を変更すれば、別の波長領域でも新方法は有用であることが確認され、本校正手法の汎用性が示された。本研究で決定された遷移波長は、レーザー分光実験の成否を左右する非常に重要な情報であり、従来の不確かさを1桁以上改善した本研究の成果は、基礎物理定数の時間依存性検証へ向けた実験的研究への第一歩を示すものである。

The purpose of this study is to and extremely low-temperature multi-価, <s:1>, <s:1>, <s:1> precisely disperse に into けた tendons, を, ける, とにある and とにある. は, before this year's annual に precision spectral be 験 の initially の タ ー ゲ ッ ト と し て selected し の device, the electric 気 communication university "small electronic ビ ー ム イ オ ン ト ラ ッ プ" を with い て 観 measuring し た バ リ ウ ム more 価 イ オ ン の visible light を upward migration の wavelength measurement precision さ せ, precision wavelength を に migration decision す る こ と に note force し た. 従 の wavelength determination of be 験 に お い て, uncertain か さ の improve the limitations を し て い た の は, external irradiation の standard illuminant を with い る wavelength calibration method に cause す る system error で あ る. そ の system error を exclude す る た め, electronic ビ ー ム イ オ ン ト ラ ッ プ で reference within ス ペ ク ト ル を 発 light さ せ る new し い wavelength calibration method を card bill · be し た. こ の new correction method で は, バ リ ウ ム と は don't の element を electronic ビ ー ム イ オ ン ト ラ ッ プ に import し, correction with の 発 light ピ ー ク を 観 measuring す る. Reference with の import element の selected お よ び そ の import quantity の line optimization を っ た results, Ar ガ ス を 5 x 10 ^ 7 degree of Pa import す る こ と で, Ba7 + を generate, capture し な が ら Ar + の reference with ピ ー ク を also に 観 measuring す る こ と に successful し た. Measured, 観 after そ の さ れ た hybrid の 発 light ス ペ ク ト ル を detailed analytical し に て, Ba7 + の basal state に お け る migration between micro structure (p1/2-2 p3/2:424 - nm) wavelength を の migration under 10 ^ 5 の uncertain か さ で decided し た. <s:1> <s:1> unconfirmed る さ 従 従 従 to <s:1> determine よ small さ さ values となって る る る above 1. Add え て, Ne ガ ス import に よ る Ba6 + の migration between micro structure (p0-3 p1:645 nm) の 発 light と neutral Ne の 発 light と の at the same time be 観 test 験 に も successful し た. こ れ に よ っ て, import す る reference with element を - more す れ ば, don't の wavelength で も useful new method は で あ る こ と が confirm さ れ, this correction technique の domestic が shown さ れ た. Wavelength は で decided this study さ れ た migration, レ ー ザ ー spectral be 験 の around into no を す る very important な に intelligence で あ り, 従 の uncertain か さ を 1 girder above improve し は た の this research achievements, basic physics destiny の time dependence 検 へ to け た be 験 research へ の first step を shown す も の で あ る.

项目成果

Development of an off-axis electron beam source for cold highly charged ion generation in a linear combined ion trap

开发用于在线性组合离子阱中产生冷高电荷离子的离轴电子束源

• 发表时间: 2018
• 期刊: RIKEN Accelerator Progress Report
• 作者: N. Kimura;H. Kato;K. Okada;N. Nakamura;N. Ohmae;H. Katori;and M. Wada
• 通讯作者: and M. Wada

Photodissociation of sympathetically crystallized CaH+

交感结晶 CaH 的光解

• DOI: 10.1088/1742-6596/875/3/022042
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Naoki Kimura;Masatoshi Kajita;Kunihiro Okada
• 通讯作者: Kunihiro Okada

バリウム多価イオンのレーザー分光に向けた禁制遷移波長の精密測定

多电荷钡离子激光光谱禁戒跃迁波长的精确测量

• 发表时间: 2019
• 作者: Naoki Kimura;Masatoshi Kajita;Kunihiro Okada;木村直樹
• 通讯作者: 木村直樹

基礎物理定数の時間依存性検証に向けた冷却多価イオン生成装置の開発構想と現状

用于验证基本物理常数的时间依赖性的冷却多电荷离子发生器的开发概念和现状

• 发表时间: 2017
• 作者: 木村直樹;和田道治;岡田邦宏;加藤英俊;中村信行;大前宣昭;香取秀俊
• 通讯作者: 香取秀俊

Direct Wavelength Measurement of the Visible M1 Transition in Ba⁷⁺with a Novel Calibration Method

使用新颖的校准方法直接测量 Ba⁷ 中可见 M1 跃迁的波长

• DOI: 10.1585/pfr.14.1201021
• 发表时间: 2019
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: KIMURA Naoki;KODAMA Ryunosuke;SUZUKI Kento;OISHI Shimpei;WADA Michiharu;OKADA Kunihiro;OHMAE Noriaki;KATORI Hidetoshi;NAKAMURA Nobuyuki
• 通讯作者: NAKAMURA Nobuyuki