2021 Fiscal Year Annual Research Report
Search for new interaction via neutron-nano-particle scattering
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19H01927
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
嶋 達志 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10222035)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三島 賢二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (20392136)
吉岡 瑞樹 九州大学, 先端素粒子物理研究センター, 准教授 (20401317)
北口 雅暁 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 未知相互作用 / 逆二乗則 / 余剰次元 / ナノ粒子 / 中性子散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はナノ粒子標的による中性子小角散乱によって重力に類似する未知の相互作用を到達距離10～100nmの範囲において探索することを目的としている。中性子は電荷を持たず、電気分極率も極めて小さいため、ファンデルワールス力などの電磁気的な擾乱を受けないという利点がある。また、探索距離と同程度の大きさを持つナノ粒子による干渉性散乱を測定することで、従来の単原子分子標的の場合に比して約106倍の感度向上が得られる。さらに、符号の異なる散乱長を持つ元素の化合物または合金をナノ粒子標的の材料として用いることで、核力による散乱に起因するバックグラウンドを大幅に抑制可能である。
2021年度は天然の物質の中でもっとも干渉性核散乱断面積が小さいバナジウムを原料としたナノ粒子標的の製造に成功した。またそれを用いて大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス中性子源にて中性子小角散乱測定を行った。暫定的な解析から、到達距離10nm周辺での未知相互作用の強度に対するもっとも厳しい制限値（B. Heacock et al., Science, Vol.373, No.6560 (2021)）と同等の感度が得られることがわかった。
さらに、符号の異なる散乱長を持つ元素を組み合わせた標的材料の候補としてバナジウム-ニッケル合金に着目し、“ジェットミル法”と呼ばれる粉砕手法を採用することにより、不純物濃度～10ppm以下の高純度ナノ粒子の製造に成功した。この材料の干渉性散乱長の絶対値は 0.02fm以下であり、現在のところ低速中性子に対してもっとも“透明”なナノ粒子材料である。このナノ粒子標的を用いた中性子小角散乱実験を2022年6月に予定しており、これによって到達距離10nm周辺での未知相互作用に対する探索感度が従来の10倍向上することが期待される。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Search for new gravity-like interactions in the submicron range by means of neutron-nanoparticle scattering2021
Author(s)
M. Hiromoto, R. Kondo, T. Shima, C.C. Haddock, R. Nakabe, H.M. Shimizu, K. Hirota, T. Ino, K. Mishima, M. Kitaguchi, W.M. Snow, and T. Yoshioka
Organizer
13th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
Int'l Joint Research
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