ポジトロニウムのレーザー冷却の実証と量子縮退状態への到達

激光冷却正电子素并达到量子简并态的演示

• 批准号: 22KJ0637
• 负责人: 田島 陽平
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0637/
• 关键词: ポジトロニウム; レーザー冷却; 反物質; ボース・アインシュタイン凝縮; レーザー分光

昨年度までに、レーザー冷却のために構築した高速チャープレーザーパルス光源を真空中のポジトロニウム集団に照射し、速度変化をとらえるための実験を実施した。また、その際に問題となる系統誤差を徹底的に低減するための研究を進めてきた。本年度では、ポジトロニウム(Ps)におけるレーザー冷却効果を確固たるものと示すために、冷却による速度分布の変化をより緻密に捉えることを目指した。その際に課題となったのは信号量の小ささであった。従来ではある速度をもつPsの個数を測定する場合、対応する周波数をもつレーザーによってPsを励起したのち電離させ、生じた電離陽電子の対消滅時に発生するガンマ線を観測することで間接的に調べていた。しかしながらこの手法は、ガンマ線の発生位置と検出器の位置で決まる立体角によって検出効率が制限されており、その効率は約1%であった。そのため、速度分布を精緻に捉えるために速度分布測定用のレーザーの線幅を狭めた場合、信号量が減少し、加速器施設から与えられた実験期間では期待される信号量の変化が有意に観測できるほどの統計量を確保できない問題があった。そこで新たにMCPを用いて電離陽電子を直接的に観測する手法を導入した。真空チャンバー内に設置したMCPの表面を適切な負の電位にすることで、電離陽電子を収集し、MCPで生じた電流を信号として検出した。実験から、従来の方法から桁違いに高い電離陽電子の検出効率を達成したと考えられる結果を得ることができた。これによって高分解能な速度分布の変化を測定することが現実的な時間内に十分可能となった。さらに、Psの微細構造や冷却レーザーの時間構造・周波数構造を忠実に取り入れた冷却シミュレーションの開発も完了し、実験と対応付けられる数値計算が可能となった。以上によって、レーザー冷却実験におけるPsの速度分布の変化を緻密に捉える準備を整えることができた。

直到去年，进行了实验，通过辐照用于激光冷却到真空基团的高速搅动的激光脉冲光源来捕获速度的变化。我们还一直在进行研究，以彻底减少目前问题的系统错误。在今年，为了证明正电子（PS）中的激光冷却效果已巩固，我们旨在更精确地捕获由冷却引起的速度分布的变化。这一点面临的挑战是少量信号。通常，当测量具有一定速度的PS的数量时，PS用相应频率的激光激发，然后是离子化的，并且当删除了离子化正极成对时产生的γ射线，观察到间接研究。但是，该技术限制了检测效率，该效率由伽马射线产生位置和检测器位置确定的实体角度，约为1％。因此，当激光器的线宽度用于测量速度分布以以精确的方式捕获速度分布时，信号量会减少，并且存在一个问题，即在accelerator设施给出的实验期间，无法显着观察到可以显着观察到预期的信号量变化的统计量。因此，引入了一种新方法，可以直接使用MCP观察电离正面。通过将安装在真空室中的MCP的表面设置为适当的负电势，收集了电离正电子，并将MCP产生的电流视为信号。这些实验表明，已经实现了电离正值的检测效率，这比常规方法高的数量级。这使得在现实时间内以高分辨率的高分辨率来衡量速度分布的变化。此外，已经完成了忠实地纳入PS的微观结构以及冷却激光器的时间和频率结构的冷却模拟的开发，从而可以执行可以与实验相关的数值计算。这使我们能够准备好掌握激光冷却实验中PS速度分布的变化。

项目成果

Development of a deep-ultraviolet chirped pulse laser for doppler cooling of positronium

开发用于正电子素多普勒冷却的深紫外啁啾脉冲激光器

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Tajima;K. Yamada;T. Kobayashi;A. Ishida;T. Namba;S. Asai;E. Chae;K. Shu;and K. Yoshioka
• 通讯作者: and K. Yoshioka

Development of a chirped pulse laser for cooling positronium

开发用于冷却正电子素的啁啾脉冲激光器

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Tajima;K. Yamada;T. Kobayashi;R. Uozumi;A. Ishida;T. Namba;S. Asai; M. Kuwata-Gonokami;K. Shu;E. Chae;K. Yoshioka;N. Oshima;B.E. O’Rourke; K. Michishio;K. Ito;K. Kumagai;R. Suzuki;S. Fujino;T. Hyodo;I. Mochizuki; K. Wada and T. Kai
• 通讯作者: K. Wada and T. Kai

Developing a high-resolution Doppler broadening spectroscopy for cold positronium

开发冷正电子素的高分辨率多普勒展宽光谱

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Uozumi;Y. Tajima;T. Kobayashi;K. Shu;and K. Yoshioka
• 通讯作者: and K. Yoshioka

ポジトロニウムのレーザー冷却の実証実験

正电子素激光冷却演示实验

• 发表时间: 2022
• 作者: 田島陽平;山田恭平;魚住亮介;石田明;難波俊雄;Randall W. Gladen;浅井祥仁;五神真;大島永康;オロークブライアン;満汐孝治;伊藤賢志;鈴木良一;兵頭俊夫;望月出海;和田健;蔡恩美;周健治;吉岡孝高
• 通讯作者: 吉岡孝高

ポジトロニウムのレーザー冷却実証に向けたドップラー分光法の開拓

开发用于演示正电子束激光冷却的多普勒光谱

• 发表时间: 2022
• 作者: 小林拓豊;田島陽平;魚住亮介;蔡恩美;石田明;難波俊雄;浅井祥仁;五神真;大島永康;オロークブライアン;満汐孝治;伊藤賢志;鈴木良一;兵頭俊夫;望月出海;和田健;周健治;吉岡孝高
• 通讯作者: 吉岡孝高