中性原子磁気トラップの製作 担当大学院生 矢萩 智彦 （ 物理工学科 Ｍ１） 指導教員 熊倉 光孝 （ 物理工学科 ） 平成１９年度 ＰＢＬ成果発表会 中性原子磁気トラップの製作 担当大学院生 矢萩 智彦 （ 物理工学科 Ｍ１） 指導教員 熊倉 光孝 （ 物理工学科 ）
背 景 磁気トラップ 長時間、安定に、超高真空中に捕捉 ｍＫ以下の極低温原子気体 レーザー冷却法 量子縮退原子気体 背 景 レーザー冷却法 ｍＫ以下の極低温原子気体 量子縮退原子気体 ・ 原子光学(波動性、粒子性） ・ 超精密計測（標準技術）、量子情報処理 ・ 量子凝縮相の諸物性（超流動） 基礎物理、先端工学への応用 長時間、安定に、超高真空中に捕捉 磁気トラップ 不均一磁場の磁場極小点にトラップ 磁気双極子モーメント（スピン）を持つmK以下の原子
目 的 磁気トラップの設計・製作 量子力学、原子物理学 ・ 原子構造（磁気双極子モーメント）は？ 電磁気学 ・ 必要な磁場の大きさ、形状は？ 目 的 磁気トラップの設計・製作 ・ 原子構造（磁気双極子モーメント）は？ ・ 必要な磁場の大きさ、形状は？ ・ 具体的な電磁石の設計 ・ 機械工作 ・ 性能評価 量子力学、原子物理学 電磁気学 計算機シミュレーション 製図技法、工作技能 計測技術 一貫して行うことで、 原子光学の理解・開発に要する知識 実際的な技法・技術 基礎学問から先端技術にいたる過程を実習
設計･製作 設計条件 計算機シミュレーション ･ 87Ｒｂ原子の 5s 2S1/2 ( F = 2, mF = 2 ) ･ 1 mK の原子気体を 5mm 程度の領域に ･ 最大電流 ～ 300 A （水冷式） ･ これまでの磁場配置を論文で調査 ･ 様々なコイル配置を提案 ･ ＬａｂＶｉｅｗ （Ｇ言語）による磁場計算
設計･製作 Ioffe-Pritchard 型 設計条件 計算機シミュレーション ･ 87Ｒｂ原子の 5s 2S1/2 ( F = 2, mF = 2 ) ･ 1 mK の原子気体を 5mm 程度の領域に ･ 最大電流 ～ 300 A （水冷式） ･ これまでの磁場配置を論文で調査 ･ 様々なコイル配置を提案 ･ ＬａｂＶｉｅｗ （Ｇ言語）による磁場計算 anti-bias coil Ioffe bar curvature coil Ioffe-Pritchard 型 xy面内 : 四重極磁場 ( 177 G/cm ) z方向 : 調和型( 91.7 G/cm2) 原点位置で磁場最小（ 0.32 G )
性能評価 ホール素子による磁場測定 xy 面内の動径方向磁場 z軸上の軸方向磁場 ｍＫ以下の原子集団を5mm程度の領域にトラップ可能 勾配： 149 G/cm 曲率 ： 101 G/cm2 最低磁場： 9.2 G Bx [G] Bz [G] x [mm] z [mm] xy 面内の動径方向磁場 z軸上の軸方向磁場 ｍＫ以下の原子集団を5mm程度の領域にトラップ可能
Rb原子の磁気トラップ 既存のレーザー冷却・トラップ装置に設置 磁気光学トラップ 偏向勾配冷却 ～110μK 磁気トラップ 偏向勾配冷却 ～110μK 磁気トラップされた原子集団 の吸収イメージング画像 トラップ時間： 5 ms トラップ解放後1ms 経過時 磁気トラップ 原子数 ～ 4×108 個
まとめ ハードルが低くなった！ 磁気トラップの設計・製作 “物理学に基づいて基礎から先端技術を生み出す過程” ・ 原子物理学、量子力学、電磁気学 ・ 論文調査 ・ 計算機シミュレーション、製図などの設計技法 ・ 試作 ・ 測定技術と評価法 “座学の物理学” から現実の応用へ ハードルが低くなった！