超冷中性子の高さ分布を精密に測定し、未知の短距離力を探索する研究

非常にエネルギーの低い中性子(超冷中性子(Ultra Cold Neutron: UCN))を重力場中で高さ100μm程度のスリットを通過させると中性子は重力場中に束縛される。重力場中で中性子のエネルギーが量子化されると仮定すると、中性子はエネルギー準位に対応した空間に鉛直方向に局在的に分布し、その鉛直方向のスケールは～6μm程度であることが計算できる。この空間分布をCCD検出器で観測し、重力場中での対応原理を検証する。また、分布を精密に測定し、余剰次元の理論等で予言されている短距離力の探索を行う。本年度は、UCNを重力場中に束縛させ量子状態を作り出し、状態を安定させるためのスリットを製作した。量子化されたUCNの分布を見やすくするためにスリット上部に吸収剤を蒸着し、比較的高いエネルギーを持ったUCNを吸収し、低いエネルギーを持ったUCNのみを通過させる。また、吸収効率を高めるためにスリット上部の表面形状を粗くすることで、高いエネルギーを持ったUCNがスリット上部で乱反射される。スリット間で反射される回数が増えるため、吸収効率が高められる。UCNを量子状態に安定させるためのスリット、量子状態の空間分布を拡大するためのガラス円筒、UCNの分布を測定するためのCCD検出器を組み込み、実験装置全体を完成させた。装置全体を真空容器中に密閉し真空に引くことで、空気による分布の撹乱の影響を低減した。さらに、装置が振動することによる分布の乱れを防止するため、真空容器を防振台上に設置し振動による影響を低減した。フランス・グルノーブルのラウエ・ランジュヴァン研究所(ILL)において、実験装置全体を用いたUCNの量子状態測定実験を行い、UCNの位置情報の実験データを取得した。取得したデータの解析を行い、重力場中での対応原理の検証、および未知の短距離力の探索を進めている。

非常にエネルギーの低い中性子(超冷中性子(Ultra Cold Neutron: UCN))を重力場中で高さ100μm程度のスリットを通過させると中性子は重力場中に束縛される。重力場中で中性子のエネルギーが量子化されると仮定すると、中性子はエネルギー準位に対応した空間に鉛直方向に局在的に分布し、その鉛直方向のスケールは～6μm程度であることが計算できる。この空間分布をCCD検出器で観測し、重力場中での対応原理を検証する。また、分布を精密に測定し、余剰次元の理論等で予言されている短距離力の探索を行う。本年度は、UCNを重力場中に束縛させ量子状態を作り出し、状態を安定させるためのスリットを製作した。量子化されたUCNの分布を見やすくするためにスリット上部に吸収剤を蒸着し、比較的高いエネルギーを持ったUCNを吸収し、低いエネルギーを持ったUCNのみを通過させる。また、吸収効率を高めるためにスリット上部の表面形状を粗くすることで、高いエネルギーを持ったUCNがスリット上部で乱反射される。スリット間で反射される回数が増えるため、吸収効率が高められる。UCNを量子状態に安定させるためのスリット、量子状態の空間分布を拡大するためのガラス円筒、UCNの分布を測定するためのCCD検出器を組み込み、実験装置全体を完成させた。装置全体を真空容器中に密閉し真空に引くことで、空気による分布の撹乱の影響を低減した。さらに、装置が振動することによる分布の乱れを防止するため、真空容器を防振台上に設置し振動による影響を低減した。フランス・グルノーブルのラウエ・ランジュヴァン研究所(ILL)において、実験装置全体を用いたUCNの量子状態測定実験を行い、UCNの位置情報の実験データを取得した。取得したデータの解析を行い、重力場中での対応原理の検証、および未知の短距離力の探索を進めている。