2014 Fiscal Year Annual Research Report
超冷中性子の重力による量子効果を用いた等価原理の検証と未知短距離力の探索
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24340045
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
駒宮 幸男 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80126060)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超冷中性子 / CCD / 量子束縛状態 / 未知短距離力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超冷中性子の重力での束縛状態に関して、ラウェ・ランジュバン研究所において測定したデータの解析を行った。実験データの位置分布と計算による分布比較し、最尤法によって解析を行った。
重力による量子状態の各順位の比率を求める計算モデルを、量子状態に遷移する前後の境界条件と、高いエネルギーの中性子が取り除かれていく過程に基づいて構築した。超冷中性子を円柱面で反射し、分布を拡大にする過程は、位相空間上での量子状態の時間発展を記述するウィグナー関数を用いて取り扱った。低速な超冷中性子に対して、量子光学で用いられるウィグナー関数を適用することは独創的で、このような系に適用可能であることも自明ではない。拡大円柱面を用いたデータと用いないデータを比較し、双方の結果は矛盾せず、拡大システムが量子状態に擾乱を起こすことはなく、新しく構築した計算モデルも実験的に正しいことが示された。実験データと計算による分布を比較した結果、両者はよく一致し、特に、量子力学に特有な数個の分布の濃淡の形が一致していることが確認できた。また装置の工作精度等による分布への影響を調べ、系統的な誤差の影響を見積もり、量子状態の高さの不確定性に換算するとサブミクロン以下であることが確認された。この結果は2014年にPhysical Review Letters に掲載された。
中性子の位置測定の最大の誤差は究極的にはCCDでの測定精度からくる。2つのCCDをback-to-backに重ね合わせて用い、この重ね合わせの部分に10Bを蒸着できれば、10B＋中性子の反応で生じた2つの荷電粒子の両方とも測定できるのでCCDで反応を起こす前に飛ぶ飛程の分必ず位置精度を上げることができる点に気が付いた。これを実現するには時間と経費が必要であるため、経費を次年度に繰り越してより詳しい設計を行うことにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超冷中性子分布をニッケル円柱面で拡大する過程の量子力学に基づいたモデルを構築し、検証することができ、世界で初めてサブミリミクロンの精度で分布を測定し、量子状態の確実な測定に成功した。この結果を論文としてPhysical Review Lettersに発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、さらに測定器システム及び解析手法に改良を行い、既知の重力相互作用との相違に対する感度を上げた測定を行いたい。そのためには2つのCCDをback-to-backに重ね合わせて用い、この重ね合わせの部分に10Bを蒸着できれば、必ず位置精度を上げることができる点に気が付いた。今後より詳しい設計を行う。
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| Causes of Carryover |
26年度に未知短距離力の物理測定と測定結果解析を行い、研究成果取りまとめを行う予定であったが、高性能の物理測定器デザインを発見したため、計画を変更し再度測定を行うこととした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
高性能測定器を用いた物理測定、測定結果解析、研究成果取りまとめのために使用する。
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