量子宇宙研究コア (物理分野) の概要

  量子宇宙研究コア (物理分野) では,素粒子物理学・宇宙物理学・原子分子物理学など物理学の様々な分野で発展した知識・技術を元に,基礎物理の新たな法則:素粒子標準理論を超えた物理モデル構築につながる実験事実を探求することを目指して研究を進めています.
 研究の鍵となる技術である高性能レーザーの開発を始め,高性能検出器の開発,量子コヒーレンス性の高いターゲット開発,分子冷却技術の開発など,様々な技術開発を独自に進め,世界に一つしか無い実験装置を使って研究しています.

現在の研究内容

SPAN

SPAN

 ニュートリノ研究と言えば、巨大加速器や巨大検出器を思い浮かべる方が多いかと思います。
 我々の提案する方法は、通常の実験室で標的になる原子や分子にレーザーを照射し、その反応からニュートリノの性質を明らかにするものです。この時、鍵を握るコンセプトは、「量子干渉性を利用し反応を増幅する」という新しい工夫です。
 同じ技術を応用し,暗黒物質の最有力候補である「アクシオン」の探索も狙って研究を進めています.

Muonium

Muonium

 素粒子であるレプトンのみで構成される特殊な原子を「純レプトン原子」と呼びます.その一種のミューオニウムは正のミュー粒子 (第2世代のレプトン) と電子で構成される水素様原子です.複雑な核構造を持つ通常の原子と比べ,点電荷と見なせる素粒子のみで構成される単純な構造であるため,そのエネルギー準位を素粒子の標準理論を使って精密に予測可能です.
 このような特徴を持つミューオニウムの精密レーザー分光により,標準理論の精密検証および標準理論を超えた新物理探索を進めます.

Thorium

Thorium 229

 トリウムの放射性同位体229 (229Th)は,原子核の第一励起状態が約8 eVと非常に低いエネルギーにあることが知られており,レーザー励起が可能な唯一の原子核として期待されています.原子核の遷移は電子遷移に比べて外乱に強いため,究極的な安定度を持つ周波数標準としての応用が期待されており,世界各国で激しい開発競争が繰り広げられています.
 我々のグループはSPring8の高輝度X線放射光を使った独自の方法で229Th第一励起状態のエネルギー確定や,それを応用した原子核時計の開発を目指して研究を進めています.

ACME

eEDM Search

 素粒子である電子は,標準理論によるとその電荷分布はほとんど広がりがなく「点電荷」として見なせるとされています.ところが,標準理論を超えた物理モデルでは電子の電荷分布の偏り,すなわち永久電気双極子モーメント (EDM) を持つことが予想されています.
 電子はEDMを持つのか.この問いに答えるため,最新の分子冷却技術や高感度検出器の技術を使って挑んでいます.この研究はアメリカHarvard大学,Yale大学,North Western大学,Chicago大学との共同研究です.

Ultracold Molecule

Ultracold Molecule

 過去20年,レーザーを使って原子を冷却する技術が飛躍的に発展し,現在では温度数百ナノケルビン (ナノは10-9) と,絶対零度に限りなく近い原子気体を生成できるようになりました.レーザー冷却に関連した分野の研究者に1997年,2001年,2012年にノーベル物理学賞が贈られています.その一方で分子の冷却はまだまだ発展途上で,温度はせいぜい数ケルビン程度までしか冷却できていません.
 冷却分子は電子の永久電気双極子モーメント探索実験でも用いられている他,極性分子を使った量子コンピュータ開発など様々な分野への応用が期待されており,極低温へ冷却する技術は今後ますます重要性を増していきます.
 我々の研究室では分子を極低温へ冷却する技術開発も進めています.

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