低密度鏡を用いた輻射圧揺らぎの観測

使用低密度镜观察辐射压力波动

• 批准号: 13J10490
• 负责人: 松本 伸之
• 金额: $ 1.15万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J10490/
• 关键词: 巨視的量子力学; 量子反作用; 重力波検出器; 測定限界; 輻射圧揺らぎ; 三角共振器; 光ばね効果; 重力波; レーザー干渉計; 懸架鏡

あらゆる測定系は、被測定物とプローブから成り立っており、それらの間の相互作用の影響を観測することで様々な情報を取得することが可能となる。レーザー干渉計型重力波検出器においては、懸架された鏡は重力波に対するプローブとして働き、その到来に対し位置の変動という応答を示す。他方、懸架鏡は被測定物でもあり、この場合プローブは鏡に照射されるレーザー光である。重力波によって揺らされる懸架鏡の位置の変動は、鏡表面で反射したレーザー光の位相変動から測定される。このような測定には、量子雑音限界と呼ばれる測定限界が存在する。本研究ではその一つである量子反作用に注目している。これは、プローブである光の量子揺らぎが鏡に運動量変動を与える擾乱のことである。将来の重力波検出器の感度は、この輻射圧の揺らぎによって制限されるため、その低減技術の確立が重要な課題となる。低減技術検証のためには輻射圧揺らぎに駆動される鏡を用意する必要があるが、それは巨視的なスケールにおいて実現していなかった。また、量子反作用はレーザー光の量子力学的状態を反映するため、これを精密に測定することが出来れば、レーザー光と巨視的な物体（懸架鏡）の量子相関を検出することが可能となる。従って、輻射圧揺らぎの影響は低減されるべき‘雑音’であるのみでなく、懸架鏡を含んだ巨視的な系における量子力学の検証のための‘信号’としての側面も併せ持つ。従って、懸架鏡に及ぼす輻射圧揺らぎの影響を評価することは興味深い。本年度は、昨年度に引き続き本研究の目標であった輻射圧揺らぎの観測実験を行った。その結果、本測定における本質的な雑音である熱的搖動力の影響よりも、量子輻射圧揺らぎの方が大きくなる測定系を開発することに成功した。昨年度の測定では、その比率は約0.3程度であったが、本年度に実施した装置改良によってその値を約1.4まで上昇することに成功した。

あ ら ゆ る measurement system は, been to determine と プ ロ ー ブ か ら made into り っ て お り, そ れ ら の interaction between の の influence を 観 measuring す る こ と で others 々 な intelligence を obtain す る こ と が may と な る. レ ー ザ ー dry involved type meter gravitational wave 検 extractor に お い て は, suspension さ れ た mirror は gravitational wave に す seaborne る プ ロ ー ブ と し て 働 き, そ の arrival に の し seaborne position - moving と い う 応 answer を す. The object to be measured on the other side, the suspended mirror <s:1> the object to be measured で であ あ である, the <s:1> <s:1> occasion プロ ブ the に に mirror に irradiating されるレ ザ ザ である である light である. Gravity wave によって shaking らされる suspension mirror <s:1> position <s:1> change, mirror surface で reflection <s:1> たレ ザ ザ <s:1> light <s:1> phase change ら measurement される. <s:1> ような determines に に, quantum 雑 sound limit と call ばれる determines the limit が exists する. This study on the で, そ, そ, <s:1> - である quantum reaction に focuses on the に, て, る, る. <s:1> れ プロ, プロ ブである ブである ブである light <s:1> quantum disturbance らぎが mirror に motion variation を and える disturbance <s:1> とである とである. Future の gravitational wave 検 extractor は の sensitivity and こ の radiation 圧 の 揺 ら ぎ に よ っ て limitations さ れ る た め, そ の low reduction technology が の established important topic な と な る. Card of low reduction technology 検 の た め に は radiation 圧 揺 ら ぎ に 駆 dynamic さ れ る mirror を intention す る necessary が あ る が, そ れ は the macroscope な ス ケ ー ル に お い て be presently し て い な か っ た. ま た, quantum reaction は レ ー ザ ー の light quantum mechanics state を reflect す る た め, こ れ を precise determination of に す る こ と が out れ ば, レ ー ザ ー light と macroscope な object lens (suspension) の quantum phase masato を 検 out す る こ と が may と な る. 従 っ て, radiation 圧 揺 ら ぎ の は low impact reduction さ れ る べ き "雑 sound" で あ る の み で な く, suspension mirror を ん だ macroscope な fasten に お け る quantum mechanics の 検 card の た め の 'signal' と し て の も side and せ つ. Youdaoplaceholder0, suspension mirror に and ぼす radiation suppression らぎ <s:1> influence を evaluation 価する 価する と と 従って deep interest 従って. This year に, last year に, 続 続, 続 the objective of this study <s:1> is であった radiation suppression らぎ and 観 measurement を field った. そ の results, the determination of に お け る essential な 雑 sound で あ る heat wave power の affect よ り も, quantum radiation 圧 揺 ら ぎ の party が big き く な る determination started を 発 す る こ と に successful し た. Determination of yesterday's annual の で は, そ の ratio is about 0.3 degree で は あ っ た が, this year's に be applied し た device improved に よ っ て そ の numerical を 1.4 ま rising で す る こ と に successful し た.

项目成果

Development of the 5-mg suspended mirror driven by the measurement-induced back-action

开发由测量引起的反作用驱动的 5 毫克悬浮镜

• 发表时间: 2015
• 作者: Y. Michimura;M. Mewes;N. Matsumoto;Y. Aso;M. Ando;N. Matsumoto
• 通讯作者: N. Matsumoto

輻射圧雑音の直接測定

直接测量辐射压力噪声

• 发表时间: 2014
• 作者: Y. Michimura;M. Mewes;N. Matsumoto;Y. Aso;M. Ando;N. Matsumoto;N. Matsumoto;松本 伸之
• 通讯作者: 松本 伸之

三角共振器を用いた量子輻射圧揺らぎ観測実験II

使用三角谐振器的量子辐射压涨落观测实验II

• 发表时间: 2013
• 作者: R. Sekiguchi;K. Takahashi;J. Kawakami;A. Sakai;H. Ikeda;A. Ishikawa;K. Ohta;and S. Ito;松本 伸之
• 通讯作者: 松本 伸之

Direct measurement of quantum back-action in a macroscopic system

宏观系统中量子反作用的直接测量

• 发表时间: 2014
• 作者: Takehiro Sagawa;Fuyuki Ito;Atsushi Sakai;Yudai Ogata;Keiji Tanaka;Hiroshi Ikeda;Nobuyuki Matsumoto
• 通讯作者: Nobuyuki Matsumoto

New limit on Lorentz violation using a double-pass optical ring cavity.

• DOI: 10.1103/physrevlett.110.200401
• 发表时间: 2013-03
• 期刊: Physical review letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Y. Michimura;N. Matsumoto;N. Ohmae;W. Kokuyama;Y. Aso;M. Ando;K. Tsubono