新しい原理に基づく中性子EDM超精密測定法の開発

中性子の電気双極子能率(EDM)は時間反転(T)不変性を破り、CPT定理によってCP非保存の証拠となるため、標準理論を越える物理の可能性の重要な試金石である。しかし中性子が短寿命の不安定粒子であるためそのスピン歳差運動をコヒーレントに追跡する時間は大きな制限を受け、従来の方法では精度がもう原理的限界に近づきつつある。そこで本研究では、この限界を越えこれまでよりもはるかに精密なEDM測定を実現する新しい方法を開発する。すなわち、中性子スピン集団全体の歳差運動をサンプリング的方法により検出して、これに同期した振動横磁場を駆動コイルを通じて帰還させることにより、コヒーレントなスピン歳差を中性子寿命を超えて半永久的に持続させる手法の実証をめざす。これは既に知られている核スピンメーザーと同じ動作過程を、能動的帰還の導入によって中性子に実現することに相当するので、^<129>Xe気体をモデル物質としてまず通常のスピンメーザーを発振させ、この系の帰還部を能動帰還系に順次置き換えることによりその発振と特性を調べる。本年度は、高い^<129>Xeスピン偏極を実現するため、壁緩和時間の長い^<129>Xeセルを製作し、光ポンピング系の設計・組立を行なった。また、昨年度から進めている磁場の高均一化による横緩和時間T_2の延伸を更に進めた結果、スピンメーザー発振の閾値を超えるT_2=126sを実現した。またこれにより実際に^<129>Xeスピンメーザーの発振に成功した。

中性子の電気双極子能率(EDM)は時間反転(T)不変性を破り、CPT定理によってCP非保存の証拠となるため、標準理論を越える物理の可能性の重要な試金石である。しかし中性子が短寿命の不安定粒子であるためそのスピン歳差運動をコヒーレントに追跡する時間は大きな制限を受け、従来の方法では精度がもう原理的限界に近づきつつある。そこで本研究では、この限界を越えこれまでよりもはるかに精密なEDM測定を実現する新しい方法を開発する。すなわち、中性子スピン集団全体の歳差運動をサンプリング的方法により検出して、これに同期した振動横磁場を駆動コイルを通じて帰還させることにより、コヒーレントなスピン歳差を中性子寿命を超えて半永久的に持続させる手法の実証をめざす。これは既に知られている核スピンメーザーと同じ動作過程を、能動的帰還の導入によって中性子に実現することに相当するので、^<129>Xe気体をモデル物質としてまず通常のスピンメーザーを発振させ、この系の帰還部を能動帰還系に順次置き換えることによりその発振と特性を調べる。本年度は、高い^<129>Xeスピン偏極を実現するため、壁緩和時間の長い^<129>Xeセルを製作し、光ポンピング系の設計・組立を行なった。また、昨年度から進めている磁場の高均一化による横緩和時間T_2の延伸を更に進めた結果、スピンメーザー発振の閾値を超えるT_2=126sを実現した。またこれにより実際に^<129>Xeスピンメーザーの発振に成功した。