中性子whispering gallery状態を用いた未知相互作用の探索

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。