Updated on 2025/06/26

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UETAKE Satoshi
 
Organization
Scheduled update Associate Professor
Position
Associate Professor
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Research Interests

  • Quantum Electronics

  • Atomic, Molecular, Optical Physics

  • Particle physics, experiment

Research Areas

  • Natural Science / Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics  / Quantum coherence, Precise laser spectroscopy

  • Natural Science / Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics  / neutrino, muon, standard model

Committee Memberships

  • 日本物理学会   領域1運営委員  

    2018.4 - 2019.3   

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    Committee type:Academic society

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Papers

  • Vacuum Tltraviolet Search from Thorium-229 Isomer in Crystal Toward Solid-State Nuclear Clock International coauthorship International journal

    S. Takatori, Y. Fukunaga, M. Guan, T. Hiraki, T. Masuda, R. Ogake, K. Okai, N. Sasao, K. Shimizu, S. Uetake, A. Yoshimi, K. Yoshimura, M. Yoshimura, K. Tamasaku, Y. Kasamatsu, Y. Yasuda, K. Beeks, F. Schaden, T. Schumm, S. Kitao, M. Seto, H. Fujimoto, T. Watanabe, K. Konashi, M. Watanabe, H. Haba, Y. Shigekawa, A. Yamaguchi, N. Nagasawa, Y. Yoda

    2023 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFCS)   2023.5

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    Language:English   Publishing type:Research paper (international conference proceedings)   Publisher:IEEE  

    DOI: 10.1109/eftf/ifcs57587.2023.10272086

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  • High-sensitivity low-noise photodetector using a large-area silicon photomultiplier Reviewed International coauthorship International journal

    Takahiko Masuda, Ayami Hiramoto, Daniel G. Ang, Cole Meisenhelder, Cristian D. Panda, Noboru Sasao, Satoshi Uetake, Xing Wu, David P. DeMille, John M. Doyle, Gerald Gabrielse, Koji Yoshimura

    Optics Express   31 ( 2 )   1943 - 1943   2023.1

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    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Optica Publishing Group  

    The application of silicon photomultiplier (SiPM) technology for weak-light detection at a single photon level has expanded thanks to its better photon detection efficiency in comparison to a conventional photomultiplier tube (PMT). SiPMs with large detection area have recently become commercially available, enabling applications where the photon flux is low both temporarily and spatially. On the other hand, several drawbacks exist in the usage of SiPMs such as a higher dark count rate, many readout channels, slow response time, and optical crosstalk; therefore, users need to carefully consider the trade-offs. This work presents a SiPM-embedded compact large-area photon detection module. Various techniques are adopted to overcome the disadvantages of SiPMs so that it can be generally utilized as an upgrade from a PMT. A simple cooling component and recently developed optical crosstalk suppression method are adopted to reduce the noise which is more serious for larger-area SiPMs. A dedicated readout circuit increases the response frequency and reduces the number of readout channels. We favorably compare this design with a conventional PMT and obtain both higher photon detection efficiency and larger-area acceptance.

    DOI: 10.1364/oe.475109

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    Other Link: https://opg.optica.org/viewmedia.cfm?URI=oe-31-2-1943&seq=0

  • Modeling the diffusion of muonium in silica aerogel and its application to a novel design of multi-layer target for thermal muon generation Reviewed International coauthorship International journal

    C. Zhang, T. Hiraki, K. Ishida, S. Kamal, S. Kamioka, T. Mibe, A. Olin, N. Saito, K. Suzuki, S. Uetake, Y. Mao

    NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT   1042   2022.11

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    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1016/j.nima.2022.167443

    Web of Science

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  • SiPM module for the ACME III electron EDM search International coauthorship International journal

    A. Hiramoto, T. Masuda, D.G. Ang, C. Meisenhelder, C. Panda, N. Sasao, S. Uetake, X. Wu, D. Demille, J.M. Doyle, G. Gabrielse, K. Yoshimura

    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment   167513 - 167513   2022.10

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    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.nima.2022.167513

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  • Suppression of the optical crosstalk in a multi-channel silicon photomultiplier array Reviewed International coauthorship International journal

    Takahiko Masuda, Daniel G. Ang, Nicholas R. Hutzler, Cole Meisenhelder, Noboru Sasao, Satoshi Uetake, Xing Wu, David DeMille, Gerald Gabrielse, John M. Doyle, Koji Yoshimura

    Optics Express   29 ( 11 )   16914 - 16914   2021.5

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    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:The Optical Society  

    DOI: 10.1364/oe.424460

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MISC

  • Development of the ionization laser for J-PARC muon g-2 experiment

    上岡修星, 吉田光宏, 石田勝彦, 三部勉, 原秀明, 平木貴宏, 今井康貴, 増田孝彦, 宮本祐樹, 植竹智, 山基真佑, 吉村浩司, 鈴木一仁

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   79 ( 1 )   2024

  • Development of apparatus for laser excitation of Th-229 isomer

    大懸遼一郎, BEEKS Kjeld, BARTOKOS Michael, 福永優太, GUAN M., 平木貴宏, 増田孝彦, 宮本祐樹, 岡井晃一, 清水航太朗, SHADEN Fabian, SCHUMM Thorsten, 笹尾登, 高取沙悠理, 植竹智, 吉村太彦, 吉見彰洋, 吉村浩司

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   79 ( 1 )   2024

  • Development of the ionization laser for J-PARC muon g-2 experiment

    上岡修星, 吉田光宏, 三部勉, ZHANG Ce, 原秀明, 平木貴宏, 今井康貴, 増田孝彦, 宮本祐樹, 植竹智, 山基真佑, 吉村浩司, 鈴木一仁, 石田勝彦

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 1 )   2023

  • Axion-Like Particle Search with Weak Measurement

    倉本祥至, 今井康貴, 増田孝彦, 鹿野豊, 鹿野豊, 高取沙悠理, 植竹智

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 2 )   2023

  • ミューオニウム精密レーザー分光実験@J-PARC

    植竹智, 平木貴宏, 鈴木一仁, 吉田光宏

    高エネルギーニュース   39 ( 4 )   170 - 181   2021.4

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    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:Japanese   Publishing type:Article, review, commentary, editorial, etc. (other)  

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Presentations

  • 電子EDM探索実験ACME IIIの進展

    増田孝彦, David DeMille, Collin Diver, John Doyle, Xing Fan,Gerald Gabrielse, Zhen Han, 平本綾美, Peiran Hu, Nicholas Hutzler, Siyuan Liu, Cristian Panda, 笹尾登, 植竹智, Maya Watts, Xing Wu, 吉村浩司

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9.19 

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    Event date: 2024.9.16 - 2024.9.19

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • ミューオニウム1S-2Sパルスレーザー分光IV

    植竹智, 足立泰平, 遠藤礼, 原秀明, 平木貴宏, 池戸豊, 今井康貴, 石田勝彦, Saeid Kamal, 上岡修星, 河村成肇, 木村眞人, 幸田章宏, 増田孝彦, 三部勉, 宮本祐樹, 下村浩一郎, Patrick Strasser, 鈴木一仁, 山基真佑, 山崎高幸, 吉田光宏, 吉村浩司, Ce Zhang

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9.17 

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    Event date: 2024.9.16 - 2024.9.19

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • ミューオニウム1S-2S共振器レーザー分光実験

    山基真佑, 足立泰平, 遠藤礼, 原秀明, 平木貴宏, 池戸豊, 今井康貴, 石田勝彦, Saeid Kamal, 上岡修星, 河村成肇, 木村眞人, 幸田章宏, 増田孝彦, 三部勉, 宮本祐樹, 下村浩一郎, Patrick Strasser, 鈴木一仁, 植竹智, 山崎高幸, 吉田光宏, 吉村浩司, Ce Zhang

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9.17 

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    Event date: 2024.9.16 - 2024.9.19

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • ミューオニウム1S-2S共振器分光実験

    遠藤礼, 足立泰平, 原秀明, 平木貴宏, 池戸豊, 今井康貴, 石田勝彦, Saeid Kamal, 上岡修星, 河村成肇, 木村眞人, 幸田章宏, 増田孝彦, 三部勉, 宮本祐樹, 下村浩一郎, Patrick Strasser, 鈴木一仁, 植竹智, 山基真佑, 山崎高幸, 吉田光宏, 吉村浩司, Ce Zhang

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9.17 

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    Event date: 2024.9.16 - 2024.9.19

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • Th-229原子核時計実現に向けた真空紫外レーザー開発

    清水航太朗, Kjeld Beeks, Michael Bartokos, 福永優太, 管明, 平木貴宏, 増田孝彦, 宮本祐樹, 岡井晃一, 大懸遼一郎, Fabian Shaden, Thorsten Schumm, 笹尾登, 高取沙悠理, 植竹智, 吉村太彦, 吉見彰洋, 吉村浩司

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9.16 

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    Event date: 2024.9.16 - 2024.9.19

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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Research Projects

  • Precition test and search for new physics beyond the Standard Model by precise laser spectroscopy of purely leptonic atoms

    Grant number:24H00023  2024.04 - 2029.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    植竹 智, 下村 浩一郎, 山崎 高幸, 田中 実

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    Grant amount:\203970000 ( Direct expense: \156900000 、 Indirect expense:\47070000 )

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  • 冷却極性分子の量子操作による電子の永久電気双極子モーメント探索

    Grant number:20KK0068  2020.10 - 2026.03

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    増田 孝彦, 吉村 浩司, 植竹 智

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    Grant amount:\18720000 ( Direct expense: \14400000 、 Indirect expense:\4320000 )

    ThO分子を用いた電子双極子能率の高感度探索のための光検出モジュールとして、silicon photomultiplierを用いたモジュールの開発を進めている。本年度は特に、光クロストークの抑制法について中心的に研究開発を進めた。本研究以外でもSilicon photomultiplierは光クロストークが問題になることがあるが、本研究においては、最も重要な光子数分解能に悪影響を与えること、背景光を抑制するための干渉型波長選択フィルタによって劇的に増えてしまうことから、特別な対策が必要となった。
    光クロストークの抑制に吸収型波長選択フィルタの導入が効果的であることがわかったため、さまざまなフィルタを比較することで系統的に調べ、最適なフィルタを選定した。本結果をまとめたものを原著論文として投稿中である。
    そのほか、25mmという比較的大面積のセンサをー20度まで冷却して使用することを踏まえ、安定して冷却するための設計開発を進めた。主に冷却に使用する電子冷却器や熱伝導グリーズの選定などである。冷却試験においては実際に光を入射する事でsilicon photomultiplierの発熱も模擬し、本実験で期待される光量が入射しても温度上昇による悪影響はないことが確認され、冷却部の設計はほぼ固まった。一方で、電子冷却器の制御に用いるコントローラからのAD変換に伴うノイズが予想よりも大きく、改善が必要である。
    読み出し部のアンプは基礎設計、試作が完了したところである。来年度にノイズ、リニアリティ等の評価を行う。

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  • Precision test of electroweak theory and search for new physics beyond the Standard Model by laser spectroscopy of purely leptonic atoms

    Grant number:19H05606  2019.06 - 2024.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)  Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    植竹 智, 山崎 高幸, 下村 浩一郎, 吉田 光宏, 吉村 太彦

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    Grant amount:\200590000 ( Direct expense: \154300000 、 Indirect expense:\46290000 )

    ミューオニウムの精密レーザー分光に必要な(1)ミューオニウム生成標的,(2)狭線幅・高出力244nmレーザーシステム,(3)2S励起ミューオニウム検出システムの独自開発・改良を進めた.ミューオニウム生成標的開発では,レーザー加工を施したシリカエアロゲルの形状最適化を進め,長時間安定に高効率のミューオニウム生成が可能な標的の開発に成功した.狭線幅・高出力レーザーシステム開発では,出力30mW程度の狭線幅マスターレーザーを数段の光パワーアンプで増幅する方式を採用した連続波発振(CW)レーザーシステムの開発,アンプしたCW光をパルス増幅するTi:Sapphireパルスレーザーシステムの開発,マスターレーザーの光周波数計測および周波数安定化を行うエルビウムドープ光ファイバーコムシステム開発,ファイバーコムへマスターレーザー周波数を位相同期させる光位相同期システム開発,などを進めた.CW光パワーアンプの出力は目標とする5W以上を達成した.Ti:Sapphireパルスレーザーシステムでは9mJと言う高いパルスエネルギーを得られている.出力光の周波数線幅はほぼフーリエ限界の約5MHzであり,過去の研究で用いられたレーザーよりも狭線幅を実現した.ファイバー光コムシステムは1ヶ月以上にわたり安定してコム発振が可能であることを確認しており,長時間の連続運転が必要なレーザー分光実験で問題なく使えることを示した.2S励起ミューオニウム検出システムでは,真空装置のアライメント微調整を進めることで,従来よりも33%検出効率を向上することに成功した.
    また,ミューオニウム基底状態の超微細分裂マイクロ波分光実験では,J-PARCの大強度パルスミュー粒子ビームを用いたゼロ磁場での分光実験およびデータ解析を進めた.並行して数テスラの磁場を印加可能な超伝導電磁石や,大強度ミュー粒子ビームに対応した高レート耐性検出器の独自開発を進めた.

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  • 純レプトン原子のレーザー分光による電弱統一理論精密検証と新物理探索

    Grant number:19H00687  2019.04 - 2020.03

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)  基盤研究(A)

    植竹 智, 山崎 高幸, 下村 浩一郎, 吉村 太彦

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    Grant amount:\45760000 ( Direct expense: \35200000 、 Indirect expense:\10560000 )

    本研究は,レプトンのみからなる水素様純レプトン原子(ミューオニウム: Mu)の精密分光により,電弱統一理論の精密検証および新物理の探索へ向けた開発研究を行う.低エネルギー領域(O(1eV))の精密計測技術を駆使して電弱スケール(O(0.1~1TeV))の新物理を探索することを長期目標に据え,そのための第1ステップとして重要な,(1) Muの1S-2S間遷移周波数の精密二光子レーザー分光を3年間で遂行し,実験精度を先行研究より3桁向上させることが目標である.これにより,基礎物理定数であるミュー粒子質量の決定精度をCODATA2014推奨値より20倍向上させることを目指す.また,(2) 荷電束縛系のエネルギー準位に電弱効果が及ぼす影響を,摂動2次の項まで取り入れた高精度理論計算を行う.
    平成31年度(令和元年度)は研究準備のため,実験に必要な装置の購入を進めた.また,限られたービームタイムを有効利用し精度の高い結果を出すためには,ミューオニウムのレーザー分光システム開発を加速器運転と独立に進められることが望ましい.このため,水素原子を用いた1S-2S二光子レーザー分光装置の開発に着手した.ミューオニウムは水素原子の同位体と見なすことができ,エネルギー準位などの構造はほぼ同じである.ミューオニウムの二光子レーザー分光に用いる検出器 (低速ミューオンビームライン) を使って水素原子の1S-2S二光子レーザー分光を行うことで,ミューオニウムのレーザー分光に必要な周辺機器や自動制御プログラムなどの開発を進める.水素原子の生成は,水素分子を2.45GHzマイクロ波共振器を用いた放電チューブに通すことで得る.すでに水素原子発生に成功し,既設の色素レーザーを用いた1S-2S二光子レーザー分光に成功した.

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  • アト秒ナノメートル領域の時空間光制御に基づく冷却原子量子シミュレータの開発と量子計算への応用

    Grant number:JPMXS0118069021  2018.12 - 2028.03

    文部科学省  光・量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP) 

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    Authorship:Coinvestigator(s) 

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Class subject in charge

  • Atomic, Molecular, and Optical Physics (2024academic year) Prophase  - その他

  • Physical Mathematics F (2024academic year) Second semester  - 水3~4

  • Mathematical Physics 4B (2024academic year) Second semester  - 水3~4

  • Introduction to Physical Science A (2024academic year) Third semester  - 火3~4

  • Introduction to Physical Science B (2024academic year) Fourth semester  - 火3~4

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Media Coverage