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

• Project/Area Number: 17654047
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐々木 真人 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (40242094)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2006: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 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

Research Abstract

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)。