未知のCP対称性の破れ探索のための、中性子偏極デバイスの開発

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本課題は原子核の偏極中性子反応で対称性の破れが増幅される現象を研究するために、熱外中性子を偏極するデバイスを開発することが目的である。本研究では中性子を偏極するために核偏極3Heガスを利用したデバイス : 3Heスピンフィルタを開発した。本装置は偏極3He原子核を得るためにレーザー偏極手法であるスピン交換光ポンピング法を用いている。3Heスピンフィルタを実験に使用するためには、3Heガスセルに大強度レーザーを照射し、中性子ビームラインに持ち込む必要があることから、多数のビームラインが建築されているJ-PARC 物質生命科学実験施設内に大強度レーザーシステムを構築した。本装置を用いて3Heスピンフィルタを偏極したところ3He偏極率は80%程度の良い偏極率を達成できることがわかった。本装置を用いると、1eVの中性子に対して40%程度の偏極率を得られる。実際に、3Heスピンフィルタを中性子ビームラインに導入し、空間反転対称性の破れが大きく増幅されている117Snの偏極中性子吸収反応に伴うガンマ線を測定したところ、有意な角度分布が存在することを発見した。また、同じく空間反転対称性の破れが増幅されている139Laを静的核偏極法を用いて偏極し、3Heスピンフィルタとともに中性子ビームラインに導入した。この結果、世界で初めてp波共鳴において、スピン依存する中性子吸収断面積を測定することに成功した。これらに加えて、より中性子を効率よく偏極するために大型の3Heスピンフィルタの開発に着手した。テストとして複数のガラスセルを作成し性能が良い小型のガラスセルを複数個作成することに成功したが、歩留まりがあまり良くなく、熱外中性子用の大型ガラスセルの作製にはまだ至っていない。