ねじれ秤によるカシミール力有限温度補正項の精密検証

使用扭力天平精确验证卡西米尔力有限温度修正项

• 批准号: 17654047
• 负责人: 佐々木 真人
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17654047/
• 关键词: 素粒子実験; 量子電磁力学; 零点振動力; カシミール力; 近距離微小力; ねじれ秤; 重力

この研究ではねじれ秤を用いて量子電磁力学(QED)が予言する零点振動力(カシミール力)を高精度にて測定することにより、QEDの予想を越えた相互作用の検証及び非ニュートン重力を探査することを目的として行われた。まず未知のカに対して高感度な装置を実現するため、ねじれ秤を用いて近距離微小力の測定を行える装置の開発を行った。このようなねじれ秤を用いた数μm程度の近距離力の測定では、一般的に地面振動や地面の傾斜の影響が最も大きな誤差源となる。我々の装置ではねじれ秤に対して電場による制御を行い、地面振動などの外部からの擾乱の影響を押さえ込んだ。また我々はねじれ秤を用いたカシミール力の測定において、地面の振動や傾斜がどのような経路で極板間距離に伝達されるのかを明らかにし、地面振動が十分小さい場所(国立天文台江刺地球潮汐観測施設)において磁場による減衰を用いることで、カシミール力の測定に対する系統誤差が十分小さくなることを示した。この装置を用い、国立天文台江刺地球潮汐観測施設において、金の極板の間にはたらく力を0.4〜6.5μmの範囲で測定した。その結果、0.4〜2.0μmまでの広い領域での測定データにおいて有意な結果が得られ、極板の形状及び金の導電率が有限である効果を含めて予測されるカシミール力の理論予測と5%の精度で一致した。またこの実験結果を元に、カシミール力に対する有限温度による2つの異なる補正モデルを検定し、1つのモデルを3.5σ相当の信頼度で棄却した。さらに測定データとカシミール力の理論値との残差から、ニュートン重力への湯川型の補正項への制限を95%の信頼度で求めた。これにより1μm付近での上限値で過去の実験と比較し、最大で5倍厳しい制限を与えた。これらの結果は国際会議(the 6th KEK Topical Conference February 6-8,2007)でポスター発表し、雑誌Classical Quantum Gravityに投稿した(2007年5月現在審査中)。

This research is based on quantum electromagnetism (QED), which is used to measure the zero point vibration force with high precision. The development of a device for measuring small forces at close range is carried out in the presence of unknown and high sensitivity devices. The most important error source is the measurement of the force at close range with several μm degrees of vibration and inclination of the ground. Our devices are designed to control the movement of electric fields, ground vibrations, and external disturbances. The system error of the measurement of the magnetic field attenuation is very small, and the system error of the measurement of the magnetic field attenuation is very small. This device is used in the measurement of earth tide at the National Observatory. The force between the plates is measured in the range of 0.4 ~ 6.5μm. The results are consistent with the theoretical prediction of the electrode shape and the conductivity of the metal within the range of 0.4 ~ 2.0μm. The results of this study are: 1. The reliability of the test results is 3. 5 σ, and the reliability of the test results is 3. 5 σ. The residual error of the theoretical value of the gravity field and the limit of the correction term of the gravity field are determined by 95% The upper limit of 1μm is the maximum limit of 5 times. The results were presented at the 6th KEK Topical Conference February 6- 8, 2007, and submitted to the Classical Quantum Gravity Conference (May 2007, currently under review).