中性子whispering gallery状態を用いた未知相互作用の探索

使用中子回音壁状态搜索未知的相互作用

• 批准号: 21K03594
• 负责人: 市川 豪
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03594/
• 关键词: 中性子; 未知相互作用; 素粒子実験; 重力; 中性子散乱

中性子whispering gallery状態を用いて、短距離における重力相互作用に修正を加えるような未知の相互作用を探索している。その探索感度は重力源となる凹面鏡表面の質量密度に比例するため、探索感度の向上には凹面鏡の表面を高い密度を持つ物質に置き換えることが有効である。そこで、高精度に研磨されたガラス凹面鏡に蒸着によって薄膜を形成することを計画した。薄膜を形成する物質は質量密度が高いことに加えて、中性子に対する光学ポテンシャルが十分高く、中性子吸収断面積が小さいことが必要である。光学ポテンシャルが低い場合、J-PARCで用いる波長に対して中性子が凹面鏡を通り抜けwhispering gallery状態を形成することが出来ない。中性子吸収断面積が大きいと、凹面鏡表面で量子状態を形成する間に中性子が吸収され、高い準位の生存率が減少し干渉縞の観測が困難になる。当初は金の薄膜を計画していたが詳細に計算を行ったところ、吸収が問題になることが分かったため薄膜を形成可能で条件を満たすプラチナを選択した。ガラス凹面鏡の鉛直方向の中央にプラチナ薄膜を真空蒸着し、鉛直方向の上下移動でガラス・プラチナ・ガラス面の比較が可能になるようにした。J-PARC MLF 2022年度のビームタイムで測定を行い、精密に研磨されたガラスと同様に真空蒸着によるプラチナ面でもwhispering gallery状態を観測することに成功した。ガラス面での結果と同様に、プラチナ面でも準位の生存数に計算による予想との相違が生じているため、初期条件と凹面鏡での量子準位の時間発展についてモデル計算を向上させる必要がある。

中子耳语画廊状态用于探索未知的相互作用，这些相互作用可在短距离内改变重力相互作用。搜索敏感性与凹面镜面的质量密度成正比，凹面镜面是重力的来源，因此有效地用具有高密度的材料替换凹面镜的表面以提高搜索灵敏度。因此，它计划通过在玻璃凹面镜上蒸发来形成薄膜，该玻璃凹面的精度高精度。除了形成薄膜的材料的高质量密度外，还必须具有足够的中子和小型中子吸收横截面区域的光学潜力。当光电势较低时，中子无法穿过凹面镜，以形成J-PARC中使用的波长的耳语画廊状态。如果中子吸收横截面区域很大，则中子会吸收，同时量子状态在凹面镜面形成，从而降低了高水平的存活率，从而难以观察干扰条纹。最初，我们计划使用金薄膜，但是经过详细的计算，我们发现吸收是一个问题，因此我们选择了铂，它可以形成薄膜并满足条件。铂金薄膜被沉积在凹面玻璃镜的垂直中心，以真空吸收，以便可以通过沿垂直方向向上和向下移动来比较玻璃，铂和玻璃表面。 J-PARC MLF测量在2022年的光束时间进行，并因真空沉积而成功观察到铂表面上的耳语库条件，就像精确抛光的玻璃一样。与玻璃表面的结果相似，铂表面与存在的水平数量的计算预测也不同，因此有必要改善凹面镜中量子水平的初始条件和量子水平的时间演化的模型计算。