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Excited-State Annihilation of Positronium in Cryogenic Silica Aerogel for In-Material Laser Cooling

明 石田, 難波俊雄, 大島永康, オロークブライアン, 満汐 孝治, 伊藤賢志, 兵頭俊夫, 出海 望月, 和田健, Maekawa Masaki

Published Dec 1, 2025• 0 citations
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Abstract

本研究では、ポジトロニウム（Ps）のボース・アインシュタイン凝縮（BEC）を実現に向けた、ナノ多孔質材料中での熱化と紫外（UV）レーザーによるドップラー冷却実験を行っている。室温および8 Kの異なる温度条件下で保持したシリカエアロゲルを用い、2P状態に励起されたPsのレーザー誘起消滅を調べた。243 nmでの共鳴励起によりガンマ線放出は大きく増強される現象が観測されるが、低温条件では消滅信号が室温に比べて約50％低下した。さらに、Ps生成からレーザー励起までの遅延時間を長くすると、消滅確率は一層低下した。これらの結果は、Psの熱化が2P-Psの消滅に影響を与えることを示している。また、ナノ多孔質媒体における表面誘起2P状態崩壊モデルを支持し、励起状態Psが表面相互作用を高感度で検出するプローブとなることを示唆する。現在、凝縮に向けたPsダイナミクス最適化のため、細孔構造、表面化学、温度効果の系統的評価を進めている。

Related papers

ボース・アインシュタイン凝縮を目指した 高密度・低温ポジトロニウム生成材の開発

石田 明, 難波 俊雄, 大島 永康 +7 more

ポジトロニウムのボース・アインシュタイン凝縮（Ps-BEC）状態では、集団中のほぼすべての原子が単一の量子状態（基底状態）になることを利用して、位相の揃った消滅ガンマ線レーザー光を生成できると期待されている。Ps-BEには、Ps 生成・濃縮・冷却の 3 機能を持つ多孔質ナノ材料の開発が必須である。シリカエアロゲルは有力な候補材料の一つであり、検証実験を行っている。現在、紫外レーザーを使ったPs冷却実験を行っている。真空中でPs 一次元レーザー冷却に成功したが、レーザー冷却を阻害する急速なPs崩壊が観測された。これはPsが波長243 nm付近でのみ生じる2P状態になって崩壊していると考えられる。そこで試料温度を変化させて2P-Ps崩壊率の測定を行ったところ、平均自由行程の変化から予測された寿命値に相当する崩壊率が測定された。今後はこの結果を用い、BEC 実現に最適な Ps 生成材の開発を進める予定である。

•Sep 17, 2024•0 citations

Production of Quantum Degenerate Gases of Ytterbium Atoms

Takeshi Fukuhara

氏 名 福原 武 (論文内容の要旨) 近年、量子縮退した原子気体の研究が盛んに行われているが、そのほ とんどはアルカリ原子を用いたものである。今後の応用・発展を考えたとき、 ユニークな原子種で量子縮退を実現し、研究を行うことが重要である。申請 者は、アルカリ原子とは性質が大きく異なる、イッテルビウム原子(Yb)に 着目し、研究を行った。Yb 原子には、まず、5 種類のボース同位体と 2 種類 のフェルミ同位体という多様な同位体が存在する。また、準安定な電子励起 状態と基底状態との間に、非常に狭い光学遷移が存在することも大きな特徴 であり、この超狭線幅光学遷移を用いたイッテルビウム原子ボース・アイン シュタイン凝縮体(BEC)の高分解能分光が可能である。本論文では、極低温 イッテルビウム原子の多種にわたる量子縮退を実現し、その量子多体系研究 への応用研究を行ったことを報告している。 まず最初に、申請者は Yb 原子同位体のレーザー冷却および光トラッ プ、さらにその光トラップ中での蒸発冷却について最適化を行い、これまで 実現していた 174 Yb 原子の BEC の原子数を約 10 倍増大させることに成功した。 次に、この方法を 170 Yb 原子同位体に適用し、 170 Yb 原子のボース・アインシ ュタイン凝縮を実現した。また、同様に 173 Yb 原子の冷却を行い、フェルミ縮 退を実現した。このフェルミ縮退は、6 成分のスピン成分全てが同時にフェ ルミ縮退しているという、大変ユニークな特徴があり、様々な応用が期待さ れている。また、 174 Yb 原子との共同冷却を用い 176 Yb ボース原子及び 171 Yb フ ェルミ原子の量子縮退領域への冷却にも成功している。特に、 176 Yb ボース原 子の BEC と 174 Yb 原子の BEC の同時 BEC に成功している。更に、 174 Yb-173 Yb の 同位体対のボース・フェルミ混合系を実現することに成功している。 これらの冷却実験の振舞いや、BEC した原子の振舞いから、原子間相 互作用を特徴付ける散乱長に関する情報を引き出すことに成功している。そ して、求められた値は、別の光会合分光法により後に高精度に求められた値 とほぼ一致しており、その正しさが確認されている。 さらに、申請者は、 174 Yb-173 Yb の同位体対のボース・フェルミ混合系 の集団運動に関する実験を行った。光ポテンシャルを急に変化させることに より 174 Yb 原子 BEC に４重極振動を誘起し、フェルミ原子である 173 Yb

•Mar 23, 2009•0 citations

Excited-State Annihilation of Positronium in Cryogenic Silica Aerogel for In-Material Laser Cooling

Akira Ishida, Toshio Namba, Nagayasu Oshima +7 more

Abstract We report recent progress toward achieving positronium (Ps) Bose–Einstein condensation (BEC) by combining thermalization in nanoporous materials with ultraviolet (UV) laser Doppler cooling. Experiments were performed using silica aerogels held at two distinct thermal conditions—approximately room temperature and cryogenic temperature down to 8 K (measured at the sample-holder)—to study the laser-induced annihilation of Ps atoms excited to the 2P state. Resonant excitation at 243 nm significantly enhanced gamma-ray emission, with the annihilation signal reduced by approximately 50 % at low temperature compared to room temperature. Increasing the delay between Ps formation and laser excitation further reduced the annihilation probability. These observations confirm that Ps thermalization affects 2P-Ps annihilation. The results support a model of surface-induced 2P-state decay and suggest that excited-state Ps serves as a sensitive probe of surface interactions in nanoporous media. This constitutes an important step toward implementing laser cooling of Ps confined in solids—an essential prerequisite for realizing Ps-BEC. Ongoing efforts focus on systematic evaluation of pore structure, surface chemistry, and temperature effects to optimize Ps dynamics toward condensation.

Journal of Physics Conference Series•Nov 1, 2025•0 citations

Stabilization of atoms in a strong laser field

Mikhail Vladimirovich Fedorov

àÎÇÍÕÓÑÐÂ Ô ÂÐÂÎÑÅËÚÐÑÌ ÕÓÂÇÍÕÑÓËÇÌ, ÒÑÎÖÚÂÇÏÑÌ ËÊ ÓÇÛÇÐËâ ÓÇÎâÕËÄËÔÕÔÍÑÅÑ ÖÓÂÄÐÇÐËâ, ÒÑÍÂÊÞÄÂÇÕ, ÚÕÑ ÑÐË ÐÂÚËÐÂáÕ ÊÂÏÇÕÐÑ ÓÂÊÎËÚÂÕßÔâ ÒÓË t b 0Y8T, Ä ÕÑ ÄÓÇÏâ ÍÂÍ ÔÕÑÎÍÐÑÄÇÐËÇ ÒÓÑËÔØÑÆËÕ ÒÓË t % 0Y79T.¿ÕÑ ÔÄËÆÇÕÇÎßÔÕÄÖÇÕ Ñ ÕÑÏ, ÚÕÑ ÆÄËÉÇÐËÇ ÄÑÎÐÑÄÑÅÑ ÒÂÍÇÕÂ Ä ÓÂÔÔÏÑÕÓÇÐÐÞØ ÖÔÎÑÄËâØ âÄÎâÇÕÔâ ÔÎÂÃÑÓÇÎâÕËÄËÔÕ-ÔÍËÏ, ÚÇÏ ÑÒÓÂÄÆÞÄÂÇÕÔâ ËÔÒÑÎßÊÑÄÂÐËÇ ÖÓÂÄÐÇÐËâ ºÓÈ-ÆËÐÅÇÓÂ.³ ÆÓÖÅÑÌ ÔÕÑÓÑÐÞ, Ä ÓÂÔÔÏÑÕÓÇÐÐÑÏ ÒÓÑÙÇÔÔÇ ÅÇÐÇÓÂÙËË ÄÞÔÑÍÑàÐÇÓÅËÚÐÞØ ×ÑÕÑÐÑÄ ÒÓË ÄÑÊÄÓÂÕÐÞØ ÔÑÖÆÂÓÇÐËâØ ÄÂÉÐÖá ÓÑÎß ËÅÓÂÇÕ ÍÄÂÐÕÑÄÂâ ÆË××ÖÊËâ.²ÑÎß ÆË××ÖÊËË ÑÍÂÊÞÄÂÇÕÔâ ÆÄÑâÍÑÌ: ØÑÕâ ÑРÒÓËÄÑÆËÕ Í ÖÏÇÐßÛÇÐËá àÎÇÍÕÓÑÐÐÑÌ ÒÎÑÕÐÑÔÕË Ä ÑÃÎÂÔÕË ÄÊÂË-ÏÑÆÇÌÔÕÄËâ, Ä ÕÑ ÉÇ ÄÓÇÏâ ÑРÚÂÔÕËÚÐÑ ÍÑÏÒÇÐÔËÓÖÇÕ ÆÇÌÔÕÄËÇ ×ÂÍÕÑÓÑÄ (ÏÂÅÐËÕÐÑÇ ÒÑÎÇ ÄÑÎÐÞ, àÎÎËÒÕËÚ-ÐÑÔÕß ÒÑÎâÓËÊÂÙËË), ÒÓËÄÑÆâÜËØ Í ËÔÍÓËÄÎÇÐËá àÎÇÍÕ-ÓÑÐÐÞØ ÕÓÂÇÍÕÑÓËÌ.¢ÎÂÅÑÆÂÓâ àÕÑÏÖ, ØÑÕâ Í ÏÑÏÇÐÕÖ ÔÕÑÎÍÐÑÄÇÐËâ ÕÓÂÇÍÕÑÓËâ àÎÇÍÕÓÑÐÐÑÅÑ ÄÑÎÐÑÄÑÅÑ ÒÂÍÇÕ ÏÑÉÇÕ ÑÕÍÎÑÐâÕßÔâ ÑÕ ÒÓâÏÑÎËÐÇÌÐÑÌ Ð ÓÂÔ-ÔÕÑâÐËÇ, ÐÂÏÐÑÅÑ ÒÓÇÄÞÛÂáÜÇÇ ÂÕÑÏÐÞÇ ÓÂÊÏÇÓÞ, ÒÑÎÐÑÅÑ ÔÓÞÄ ÅÇÐÇÓÂÙËË ÄÞÔÑÍÑàÐÇÓÅËÚÐÞØ ×ÑÕÑÐÑÄ ÒÓË àÕÑÏ ÐÇ ÒÓÑËÔØÑÆËÕ.6. ©ÂÍÎáÚÇÐËÇ £ ÓÂÃÑÕÇ Ô×ÑÓÏÖÎËÓÑÄÂÐ Ë ÕÇÑÓÇÕËÚÇÔÍË ËÊÖÚÇÐ ÏÇÕÑÆ ÔÑÊÆÂÐËâ ÂÕÕÑÔÇÍÖÐÆÐÞØ ËÏÒÖÎßÔÑÄ, ÑÔÐÑÄÂÐÐÞÌ Ð ÕÓÂÐÔ×ÑÓÏÂÙËË ÏÑÜÐÞØ ×ÇÏÕÑÔÇÍÖÐÆÐÞØ ÎÂÊÇÓÐÞØ ËÏÒÖÎßÔÑÄ Ð ÃÞÔÕÓÑ ËÑÐËÊÖÇÏÞØ ÂÕÑÏÂØ.£ÑÒÓÑÔÞ ÅÇÐÇÓÂÙËË ÂÕÕÑÔÇÍÖÐÆÐÑÅÑ ËÊÎÖÚÇÐËâ ÐÇÒÑÔÓÇÆÔÕÄÇÐÐÑ ÄØÑÆâÕ Ä ÑÃÜÖá ÒÓÑÃÎÇÏÖ ÐÇÎËÐÇÌÐÑ-ÑÒÕËÚÇÔÍËØ ÄÊÂË-ÏÑÆÇÌÔÕÄËÌ ËÏÒÖÎßÔÑÄ, ÔÑÆÇÓÉÂÜËØ ÐÇÃÑÎßÛÑÇ ÚËÔÎÑ ÒÇÓËÑÆÑÄ ÒÑÎâ, ÍÑÕÑÓÂâ ÕÑÎßÍÑ ÐÂÚËÐÂÇÕ ËÔÔÎÇÆÑÄÂÕßÔâ ÍÂÍ Ä ÕÇÑÓÇÕËÚÇÔÍÑÏ, ÕÂÍ Ë Ä àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂÎßÐÑÏ ÂÔÒÇÍ-ÕÂØ.£ àÕÑÏ ÒÎÂÐÇ Ô×ÑÓÏÖÎËÓÑÄÂÐÐÂâ Ë ËÊÖÚÇÐÐÂâ ÐÂÏË ÏÑÆÇÎß ÄÊÂËÏÑÆÇÌÔÕÄËâ ÑÒÕËÚÇÔÍÑÅÑ ÒÑÎâ Ô ÅÂÊÑÏ ÍÄÂÐ-ÕÑÄÞØ ÚÂÔÕËÙ ÐÑÔËÕ ÖÐËÄÇÓÔÂÎßÐÞÌ ØÂÓÂÍÕÇÓ Ë ÏÑÉÇÕ ÒÓËÏÇÐâÕßÔâ ÆÎâ ÛËÓÑÍÑÅÑ ÍÓÖÅ ÔÓÇÆ Ë ÐÇÎËÐÇÌÐÑ-ÑÒÕËÚÇÔÍËØ âÄÎÇÐËÌ.²ÂÃÑÕ ×ËÐÂÐÔËÓÑÄÂÎÂÔß ÒÑ ¤ÑÔÖÆÂÓÔÕÄÇÐÐÑÌ ÐÂÖÚÐÑ-ÕÇØÐËÚÇÔÍÑÌ ÒÓÑÅÓÂÏÏÇ " ¶ËÊËÍ ÍÄÂÐÕÑÄÞØ Ë ÄÑÎÐÑÄÞØ ÒÓÑÙÇÔÔÑÄ" Ë ²ÑÔÔËÌÔÍËÏ ×ÑÐÆÑÏ ×ÖÐÆÂÏÇÐÕÂÎßÐÞØ

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1999•5 citations

Development of a porous silica cavity for laser excitation of confined positronium

Kenji Shu, Kyohei Yamada, Kaori Hashidate +18 more

Laser cooling of positronium (Ps) is an important technique to advance the frontier of science by, for instance, realizing the first Bose-Einstein condensation of antimatters. It was proposed that performing laser cooling on Ps trapped in a cryogenic porous material would be more efficient, but a recent study (Cooper, et al., Phys. Rev. B 97, 205302 (2018)) reported that Ps in the excited (2P) state inside nano pores of silica had a large decay rate into γ-rays, and the resonant spectrum of the transition was significantly broadened, both of which are critically problematic for the proposed cooling scheme. A possible cause of these unexplained results was proposed to be residual impurities which trapped Ps in the vicinity of the pore surface and then enhanced interactions between Ps and the material. This work reports fabrication and inspection of a new porous silica cavity without such impurities, and construction of an experimental system to induce the Lyman-α transition of Ps trapped in pores of the cavity.

JJAP Conference Proceedings•Jan 1, 2023•1 citation

Laser cooling of rare-earth atoms and precision measurements

N. Kolachevsky

ÎËΠÔÑÊÆÂÕß ÖÐËÍÂÎßÐÞÌ Ë ÒÇÓÔÒÇÍÕËÄÐÞÌ ÆÎâ ×ÑÕÑÐËÍË ÐÇÎËÐÇÌÐÑ-ÑÒÕËÚÇÔÍËÌ ÃËÑÏËÐÇÓÂÎßÐÞÌ ÐÂÐÑÍÑÏÒÑÊËÕ-ÐÞÌ ÏÂÕÇÓËÂÎ, ÔÑÚÇÕÂáÜËÌ Ä ÔÇÃÇ àÎÂÔÕËÚÐÑÔÕß Ë ÒÓÑÚ-ÐÑÔÕß ÃÇÎÍÂ Ô ÖÒÓÖÅÑÔÕßá Ë ÒÓÑÚÐÑÔÕßá ÍÓÇÏÐÇÊÈÏÂ.¥ÂÐÐÞÌ ÒÓÑÙÇÔÔ ÏÑÉÇÕ ÃÞÕß ÄÑÔÒÓÑËÊÄÇÆÈÐ Ä ËÔÍÖÔÔÕÄÇÐ-ÐÞØ ÖÔÎÑÄËâØ Ô ËÔÒÑÎßÊÑÄÂÐËÇÏ ÅËÃÍÑÌ ÊÑÎß-ÅÇÎß-ÕÇØÐÑ-ÎÑÅËË, ÚÕÑ ÑÕÍÓÞÄÂÇÕ ÛËÓÑÍËÇ ÒÇÓÔÒÇÍÕËÄÞ ÔÑÊÆÂÐËâ ÐÑÄÞØ ÒÂÔÔËÄÐÞØ Ë ÂÍÕËÄÐÞØ ÖÔÕÓÑÌÔÕÄ ÑÒÕÑàÎÇÍÕÓÑ-ÐËÍË. ÂÊÇÓÐÑÇ ÑØÎÂÉÆÇÐËÇ ÓÇÆÍÑÊÇÏÇÎßÐÞØ

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 2011•10 citations
本研究では、ポジトロニウム（Ps）のボース・アインシュタイン凝縮（BEC）を実現に向けた、ナノ多孔質材料中での熱化と紫外（UV）レーザーによるドップラー冷却実験を行っている。室温および8 Kの異なる温度条件下で保持したシリカエアロゲルを用い、2P状態に励起されたPsのレーザー誘起消滅を調べた。243 nmでの共鳴励起によりガンマ線放出は大きく増強される現象が観測されるが、低温条件では消滅信号が室温に比べて約50％低下した。さらに、Ps生成からレーザー励起までの遅延時間を長くすると、消滅確率は一層低下した。これらの結果は、Psの熱化が2P-Psの消滅に影響を与えることを示している。また、ナノ多孔質媒体における表面誘起2P状態崩壊モデルを支持し、励起状態Psが表面相互作用を高感度で検出するプローブとなることを示唆する。現在、凝縮に向けたPsダイナミクス最適化のため、細孔構造、表面化学、温度効果の系統的評価を進めている。
ポジトロニウムのボース・アインシュタイン凝縮（Ps-BEC）状態では、集団中のほぼすべての原子が単一の量子状態（基底状態）になることを利用して、位相の揃った消滅ガンマ線レーザー光を生成できると期待されている。Ps-BEには、Ps 生成・濃縮・冷却の 3 機能を持つ多孔質ナノ材料の開発が必須である。シリカエアロゲルは有力な候補材料の一つであり、検証実験を行っている。現在、紫外レーザーを使ったPs冷却実験を行っている。真空中でPs 一次元レーザー冷却に成功したが、レーザー冷却を阻害する急速なPs崩壊が観測された。これはPsが波長243 nm付近でのみ生じる2P状態になって崩壊していると考えられる。そこで試料温度を変化させて2P-Ps崩壊率の測定を行ったところ、平均自由行程の変化から予測された寿命値に相当する崩壊率が測定された。今後はこの結果を用い、BEC 実現に最適な Ps 生成材の開発を進める予定である。
氏 名 福原 武 (論文内容の要旨) 近年、量子縮退した原子気体の研究が盛んに行われているが、そのほ とんどはアルカリ原子を用いたものである。今後の応用・発展を考えたとき、 ユニークな原子種で量子縮退を実現し、研究を行うことが重要である。申請 者は、アルカリ原子とは性質が大きく異なる、イッテルビウム原子(Yb)に 着目し、研究を行った。Yb 原子には、まず、5 種類のボース同位体と 2 種類 のフェルミ同位体という多様な同位体が存在する。また、準安定な電子励起 状態と基底状態との間に、非常に狭い光学遷移が存在することも大きな特徴 であり、この超狭線幅光学遷移を用いたイッテルビウム原子ボース・アイン シュタイン凝縮体(BEC)の高分解能分光が可能である。本論文では、極低温 イッテルビウム原子の多種にわたる量子縮退を実現し、その量子多体系研究 への応用研究を行ったことを報告している。 まず最初に、申請者は Yb 原子同位体のレーザー冷却および光トラッ プ、さらにその光トラップ中での蒸発冷却について最適化を行い、これまで 実現していた 174 Yb 原子の BEC の原子数を約 10 倍増大させることに成功した。 次に、この方法を 170 Yb 原子同位体に適用し、 170 Yb 原子のボース・アインシ ュタイン凝縮を実現した。また、同様に 173 Yb 原子の冷却を行い、フェルミ縮 退を実現した。このフェルミ縮退は、6 成分のスピン成分全てが同時にフェ ルミ縮退しているという、大変ユニークな特徴があり、様々な応用が期待さ れている。また、 174 Yb 原子との共同冷却を用い 176 Yb ボース原子及び 171 Yb フ ェルミ原子の量子縮退領域への冷却にも成功している。特に、 176 Yb ボース原 子の BEC と 174 Yb 原子の BEC の同時 BEC に成功している。更に、 174 Yb-173 Yb の 同位体対のボース・フェルミ混合系を実現することに成功している。 これらの冷却実験の振舞いや、BEC した原子の振舞いから、原子間相 互作用を特徴付ける散乱長に関する情報を引き出すことに成功している。そ して、求められた値は、別の光会合分光法により後に高精度に求められた値 とほぼ一致しており、その正しさが確認されている。 さらに、申請者は、 174 Yb-173 Yb の同位体対のボース・フェルミ混合系 の集団運動に関する実験を行った。光ポテンシャルを急に変化させることに より 174 Yb 原子 BEC に４重極振動を誘起し、フェルミ原子である 173 Yb
Abstract We report recent progress toward achieving positronium (Ps) Bose–Einstein condensation (BEC) by combining thermalization in nanoporous materials with ultraviolet (UV) laser Doppler cooling. Experiments were performed using silica aerogels held at two distinct thermal conditions—approximately room temperature and cryogenic temperature down to 8 K (measured at the sample-holder)—to study the laser-induced annihilation of Ps atoms excited to the 2P state. Resonant excitation at 243 nm significantly enhanced gamma-ray emission, with the annihilation signal reduced by approximately 50 % at low temperature compared to room temperature. Increasing the delay between Ps formation and laser excitation further reduced the annihilation probability. These observations confirm that Ps thermalization affects 2P-Ps annihilation. The results support a model of surface-induced 2P-state decay and suggest that excited-state Ps serves as a sensitive probe of surface interactions in nanoporous media. This constitutes an important step toward implementing laser cooling of Ps confined in solids—an essential prerequisite for realizing Ps-BEC. Ongoing efforts focus on systematic evaluation of pore structure, surface chemistry, and temperature effects to optimize Ps dynamics toward condensation.
àÎÇÍÕÓÑÐÂ Ô ÂÐÂÎÑÅËÚÐÑÌ ÕÓÂÇÍÕÑÓËÇÌ, ÒÑÎÖÚÂÇÏÑÌ ËÊ ÓÇÛÇÐËâ ÓÇÎâÕËÄËÔÕÔÍÑÅÑ ÖÓÂÄÐÇÐËâ, ÒÑÍÂÊÞÄÂÇÕ, ÚÕÑ ÑÐË ÐÂÚËÐÂáÕ ÊÂÏÇÕÐÑ ÓÂÊÎËÚÂÕßÔâ ÒÓË t b 0Y8T, Ä ÕÑ ÄÓÇÏâ ÍÂÍ ÔÕÑÎÍÐÑÄÇÐËÇ ÒÓÑËÔØÑÆËÕ ÒÓË t % 0Y79T.¿ÕÑ ÔÄËÆÇÕÇÎßÔÕÄÖÇÕ Ñ ÕÑÏ, ÚÕÑ ÆÄËÉÇÐËÇ ÄÑÎÐÑÄÑÅÑ ÒÂÍÇÕÂ Ä ÓÂÔÔÏÑÕÓÇÐÐÞØ ÖÔÎÑÄËâØ âÄÎâÇÕÔâ ÔÎÂÃÑÓÇÎâÕËÄËÔÕ-ÔÍËÏ, ÚÇÏ ÑÒÓÂÄÆÞÄÂÇÕÔâ ËÔÒÑÎßÊÑÄÂÐËÇ ÖÓÂÄÐÇÐËâ ºÓÈ-ÆËÐÅÇÓÂ.³ ÆÓÖÅÑÌ ÔÕÑÓÑÐÞ, Ä ÓÂÔÔÏÑÕÓÇÐÐÑÏ ÒÓÑÙÇÔÔÇ ÅÇÐÇÓÂÙËË ÄÞÔÑÍÑàÐÇÓÅËÚÐÞØ ×ÑÕÑÐÑÄ ÒÓË ÄÑÊÄÓÂÕÐÞØ ÔÑÖÆÂÓÇÐËâØ ÄÂÉÐÖá ÓÑÎß ËÅÓÂÇÕ ÍÄÂÐÕÑÄÂâ ÆË××ÖÊËâ.²ÑÎß ÆË××ÖÊËË ÑÍÂÊÞÄÂÇÕÔâ ÆÄÑâÍÑÌ: ØÑÕâ ÑРÒÓËÄÑÆËÕ Í ÖÏÇÐßÛÇÐËá àÎÇÍÕÓÑÐÐÑÌ ÒÎÑÕÐÑÔÕË Ä ÑÃÎÂÔÕË ÄÊÂË-ÏÑÆÇÌÔÕÄËâ, Ä ÕÑ ÉÇ ÄÓÇÏâ ÑРÚÂÔÕËÚÐÑ ÍÑÏÒÇÐÔËÓÖÇÕ ÆÇÌÔÕÄËÇ ×ÂÍÕÑÓÑÄ (ÏÂÅÐËÕÐÑÇ ÒÑÎÇ ÄÑÎÐÞ, àÎÎËÒÕËÚ-ÐÑÔÕß ÒÑÎâÓËÊÂÙËË), ÒÓËÄÑÆâÜËØ Í ËÔÍÓËÄÎÇÐËá àÎÇÍÕ-ÓÑÐÐÞØ ÕÓÂÇÍÕÑÓËÌ.¢ÎÂÅÑÆÂÓâ àÕÑÏÖ, ØÑÕâ Í ÏÑÏÇÐÕÖ ÔÕÑÎÍÐÑÄÇÐËâ ÕÓÂÇÍÕÑÓËâ àÎÇÍÕÓÑÐÐÑÅÑ ÄÑÎÐÑÄÑÅÑ ÒÂÍÇÕ ÏÑÉÇÕ ÑÕÍÎÑÐâÕßÔâ ÑÕ ÒÓâÏÑÎËÐÇÌÐÑÌ Ð ÓÂÔ-ÔÕÑâÐËÇ, ÐÂÏÐÑÅÑ ÒÓÇÄÞÛÂáÜÇÇ ÂÕÑÏÐÞÇ ÓÂÊÏÇÓÞ, ÒÑÎÐÑÅÑ ÔÓÞÄ ÅÇÐÇÓÂÙËË ÄÞÔÑÍÑàÐÇÓÅËÚÐÞØ ×ÑÕÑÐÑÄ ÒÓË àÕÑÏ ÐÇ ÒÓÑËÔØÑÆËÕ.6. ©ÂÍÎáÚÇÐËÇ £ ÓÂÃÑÕÇ Ô×ÑÓÏÖÎËÓÑÄÂÐ Ë ÕÇÑÓÇÕËÚÇÔÍË ËÊÖÚÇÐ ÏÇÕÑÆ ÔÑÊÆÂÐËâ ÂÕÕÑÔÇÍÖÐÆÐÞØ ËÏÒÖÎßÔÑÄ, ÑÔÐÑÄÂÐÐÞÌ Ð ÕÓÂÐÔ×ÑÓÏÂÙËË ÏÑÜÐÞØ ×ÇÏÕÑÔÇÍÖÐÆÐÞØ ÎÂÊÇÓÐÞØ ËÏÒÖÎßÔÑÄ Ð ÃÞÔÕÓÑ ËÑÐËÊÖÇÏÞØ ÂÕÑÏÂØ.£ÑÒÓÑÔÞ ÅÇÐÇÓÂÙËË ÂÕÕÑÔÇÍÖÐÆÐÑÅÑ ËÊÎÖÚÇÐËâ ÐÇÒÑÔÓÇÆÔÕÄÇÐÐÑ ÄØÑÆâÕ Ä ÑÃÜÖá ÒÓÑÃÎÇÏÖ ÐÇÎËÐÇÌÐÑ-ÑÒÕËÚÇÔÍËØ ÄÊÂË-ÏÑÆÇÌÔÕÄËÌ ËÏÒÖÎßÔÑÄ, ÔÑÆÇÓÉÂÜËØ ÐÇÃÑÎßÛÑÇ ÚËÔÎÑ ÒÇÓËÑÆÑÄ ÒÑÎâ, ÍÑÕÑÓÂâ ÕÑÎßÍÑ ÐÂÚËÐÂÇÕ ËÔÔÎÇÆÑÄÂÕßÔâ ÍÂÍ Ä ÕÇÑÓÇÕËÚÇÔÍÑÏ, ÕÂÍ Ë Ä àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂÎßÐÑÏ ÂÔÒÇÍ-ÕÂØ.£ àÕÑÏ ÒÎÂÐÇ Ô×ÑÓÏÖÎËÓÑÄÂÐÐÂâ Ë ËÊÖÚÇÐÐÂâ ÐÂÏË ÏÑÆÇÎß ÄÊÂËÏÑÆÇÌÔÕÄËâ ÑÒÕËÚÇÔÍÑÅÑ ÒÑÎâ Ô ÅÂÊÑÏ ÍÄÂÐ-ÕÑÄÞØ ÚÂÔÕËÙ ÐÑÔËÕ ÖÐËÄÇÓÔÂÎßÐÞÌ ØÂÓÂÍÕÇÓ Ë ÏÑÉÇÕ ÒÓËÏÇÐâÕßÔâ ÆÎâ ÛËÓÑÍÑÅÑ ÍÓÖÅ ÔÓÇÆ Ë ÐÇÎËÐÇÌÐÑ-ÑÒÕËÚÇÔÍËØ âÄÎÇÐËÌ.²ÂÃÑÕ ×ËÐÂÐÔËÓÑÄÂÎÂÔß ÒÑ ¤ÑÔÖÆÂÓÔÕÄÇÐÐÑÌ ÐÂÖÚÐÑ-ÕÇØÐËÚÇÔÍÑÌ ÒÓÑÅÓÂÏÏÇ " ¶ËÊËÍ ÍÄÂÐÕÑÄÞØ Ë ÄÑÎÐÑÄÞØ ÒÓÑÙÇÔÔÑÄ" Ë ²ÑÔÔËÌÔÍËÏ ×ÑÐÆÑÏ ×ÖÐÆÂÏÇÐÕÂÎßÐÞØ
Laser cooling of positronium (Ps) is an important technique to advance the frontier of science by, for instance, realizing the first Bose-Einstein condensation of antimatters. It was proposed that performing laser cooling on Ps trapped in a cryogenic porous material would be more efficient, but a recent study (Cooper, et al., Phys. Rev. B 97, 205302 (2018)) reported that Ps in the excited (2P) state inside nano pores of silica had a large decay rate into γ-rays, and the resonant spectrum of the transition was significantly broadened, both of which are critically problematic for the proposed cooling scheme. A possible cause of these unexplained results was proposed to be residual impurities which trapped Ps in the vicinity of the pore surface and then enhanced interactions between Ps and the material. This work reports fabrication and inspection of a new porous silica cavity without such impurities, and construction of an experimental system to induce the Lyman-α transition of Ps trapped in pores of the cavity.
ÎËΠÔÑÊÆÂÕß ÖÐËÍÂÎßÐÞÌ Ë ÒÇÓÔÒÇÍÕËÄÐÞÌ ÆÎâ ×ÑÕÑÐËÍË ÐÇÎËÐÇÌÐÑ-ÑÒÕËÚÇÔÍËÌ ÃËÑÏËÐÇÓÂÎßÐÞÌ ÐÂÐÑÍÑÏÒÑÊËÕ-ÐÞÌ ÏÂÕÇÓËÂÎ, ÔÑÚÇÕÂáÜËÌ Ä ÔÇÃÇ àÎÂÔÕËÚÐÑÔÕß Ë ÒÓÑÚ-ÐÑÔÕß ÃÇÎÍÂ Ô ÖÒÓÖÅÑÔÕßá Ë ÒÓÑÚÐÑÔÕßá ÍÓÇÏÐÇÊÈÏÂ.¥ÂÐÐÞÌ ÒÓÑÙÇÔÔ ÏÑÉÇÕ ÃÞÕß ÄÑÔÒÓÑËÊÄÇÆÈÐ Ä ËÔÍÖÔÔÕÄÇÐ-ÐÞØ ÖÔÎÑÄËâØ Ô ËÔÒÑÎßÊÑÄÂÐËÇÏ ÅËÃÍÑÌ ÊÑÎß-ÅÇÎß-ÕÇØÐÑ-ÎÑÅËË, ÚÕÑ ÑÕÍÓÞÄÂÇÕ ÛËÓÑÍËÇ ÒÇÓÔÒÇÍÕËÄÞ ÔÑÊÆÂÐËâ ÐÑÄÞØ ÒÂÔÔËÄÐÞØ Ë ÂÍÕËÄÐÞØ ÖÔÕÓÑÌÔÕÄ ÑÒÕÑàÎÇÍÕÓÑ-ÐËÍË. ÂÊÇÓÐÑÇ ÑØÎÂÉÆÇÐËÇ ÓÇÆÍÑÊÇÏÇÎßÐÞØ