時間反転対称性の破れの探索のための、偏極中性子による原子核反応の精密測定

• 研究課題/領域番号: 17H02889
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 北口 雅暁 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円); 2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
• キーワード: 中性子 / 時間反転対称性の破れ / CP対称性の破れ / 偏極中性子 / 原子核反応 / J-PARC / 偏極 / 時間反転対称性 / CP対称性 / 複合核 / 原子核（実験） / 対称性の破れ / 素粒子物理実験 / 原子核物理実験 / 原子核(実験)

研究成果の概要

中性子偏極装置である3Heスピンフィルターを開発し、J-PARC物質生命科学実験施設のパルス中性子ビームラインBL04 ANNRIに導入した。実際に139La原子核の中性子吸収・複合核形成反応に伴うガンマ線の放出角分布が、入射中性子スピン方向に依存することを、世界で初めて観測した。非偏極・偏極中性子を用いた複数の実験で観測された角分布を原子核反応モデルを用いて解析した結果、原子核反応において時間反転対称性の破れが大きく増幅され、標準理論を超える物理に対して中性子電気双極子能率を凌駕する感度を持ちうることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙の物質の起源を説明するための物質と反物質の性質の違いがCP対称性の破れであるが、現在の素粒子標準理論では十分に説明できていない。ある種の原子核反応では、基本的な素粒子反応における対称性の破れが増幅して観測される場合がある。本研究では偏極中性子ビームを用いて原子核反応を詳細に調べた。139La原子核の反応ではこの増幅が十分大きく、標準理論を超える物理法則の探索に利用できることがわかった。今回のデータは原子核反応を用いた時間反転対称性の破れの探索実験の基礎データとなる。

研究成果

• [雑誌論文] Transverse asymmetry of γ rays from neutron-induced compound states of La140 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T.、Okudaira T.、Endo S.、Fujioka H.、Hirota K.、Ino T.、Ishizaki K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Koga J.、Makise S.、Niinomi Y.、Oku T.、Sakai K.、Shima T.、Shimizu H. M.、Takada S.、Tani Y.、Yoshikawa H.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 101 号: 6 ページ: 064624-064624
  • DOI: 10.1103/physrevc.101.064624
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the angular distribution of γ-rays after neutron capture by 139La for a T-violation search (2019)
  • 著者名/発表者名: Okudaira Takuya et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 219 ページ: 09001-09001
  • DOI: 10.1051/epjconf/201921909001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of P-Violation in 139La(n,γ)140La ? a first step towards a T-Violation search (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tomoki、Shimizu Hirohiko M.、Kitaguchi Masaaki、et. al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 219 ページ: 09002-09002
  • DOI: 10.1051/epjconf/201921909002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of the angular distribution of γ-rays emitted from the compound state after neutron capture by 81Br for a search of T-violation (2019)
  • 著者名/発表者名: Endo Shunsuke、Shimizu Hirohiko M.、Kitaguchi Masaaki、Katsuya Hirota、Yamamoto Tomoki、Ishizaki Kohei、Sato Takumi、Yoshioka Tamaki、Takada Shusuke、Koga Jun、Okudaira Takuya、Sakai Kenji、Kimura Atsushi、Haddock Christopher C.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 219 ページ: 09003-09003
  • DOI: 10.1051/epjconf/201921909003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of the angular distribution of prompt gamma-rays emitted in the 117Sn(n, γ) reaction for a T-violation search (2019)
  • 著者名/発表者名: Koga Jun、Takada Shusuke、Yoshioka Tamaki、Shimizu Hirohiko M.、Hirota Katsuya、Oi Norio、Yamamoto Tomoki、Ito Ikuya、Ishizaki Kohei、Endo Shunsuke、Sato Takumi、Kitaguchi Masaaki、Haddock Christopher C.、Okudaira Takuya、Sakai Kenji、Kimura Atsushi
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 219 ページ: 09004-09004
  • DOI: 10.1051/epjconf/201921909004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a Neutron Spin Filter for a T Violation Search in Compound Nuclei (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T.、Shimizu H. M.、Kitaguchi M.、Hirota K.、Okudaira T.、Haddock C. C.、Oi N.、Ito I.、Endo S.、Takada S.、Koga J.、Yoshioka T.、Ino T.、Asahi K.、Momose T.、Iwata T.、Sakai K.、Oku T.、Kimura A.、Hino M.、Shima T.、Yamagata Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Neutron Optics (NOP2017) 巻: 22 ページ: 011018-011018
  • DOI: 10.7566/jpscp.22.011018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of High-Counting-Rate Neutron Detector for CP-Violation Search in Neutron-Induced Reactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo Shunsuke、Shimizu Hirohiko M.、Kitaguchi Masaaki、Hirota Katsuya、Satoh Setsuo、Kai Tetsuya、Okudaira Takuya、Haddock Christopher C.、Oi Noriko、Goto Fumiya、Ito Ikuya、Nakaji Masaya、Takada Shusuke、Koga Jun、Yoshioka Tamaki、Sakai Kenji
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Neutron Optics (NOP2017) 巻: 22 ページ: 011021-011021
  • DOI: 10.7566/jpscp.22.011021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fundamental Physics Using High-Performance Optics (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitaguchi Masaaki,Asahi Koichiro,Endo Shunsuke,Haddock Christopher C.,Hino Masahiro,Hirota Katsuya,Ino Takashi,Ito Ikuya,Iwata Takahiro,Koga Jun,Miyachi Yoshiyuki,Momose Takamasa,Oi Noriko,Okudaira Takuya,Sakai Kenji,Shima Tatsushi,Shimizu Hirohiko M.,Takada Shusuke,Yamagata Yutaka,Yamamoto Tomoki,Yoshioka Tamaki
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Neutron Optics (NOP2017) 巻: 22 ページ: 011034-011034
  • DOI: 10.7566/jpscp.22.011034
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of (n,gamma) Reaction of 117Sn for T-Violation Search by Using Compound Nucleus (2018)
  • 著者名/発表者名: Koga J.、Takada S.、Yoshioka T.、Shimizu H. M.、Hirota K.、Okudaira T.、Oi N.、Ito I.、Yamamoto T.、Endo S.、Haddock C. C.、Kitaguchi M.、Kimura A.、Sakai K.、Ino T.、Asahi K.、Momose T.、Iwata T.、Hino M.、Shima T.、Yamagata Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Neutron Optics (NOP2017) 巻: 22 ページ: 011035-011035
  • DOI: 10.7566/jpscp.22.011035
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of Angular Distributions in 139La(n,gamma) Reaction for T Violation Search (2018)
  • 著者名/発表者名: Okudaira T.、Shimizu H. M.、Kitaguchi M.、Hirota K.、Haddock C. C.、Oi N.、Ito I.、Yamamoto T.、Endo S.、Takada S.、Koga J.、Yoshioka T.、Ino T.、Asahi K.、Momose T.、Iwata T.、Sakai K.、Oku T.、Kimura A.、Hino M.、Shima T.、Yamagata Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Neutron Optics (NOP2017) 巻: 22 ページ: 011041-011041
  • DOI: 10.7566/jpscp.22.011041
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Angular distribution of γ rays from neutron-induced compound states of La140 (2018)
  • 著者名/発表者名: Okudaira T.、Takada S.、Hirota K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Koga J.、Nagamoto K.、Nakao T.、Okada A.、Sakai K.、Shimizu H. M.、Yamamoto T.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 97 号: 3 ページ: 034622-034622
  • DOI: 10.1103/physrevc.97.034622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of germanium detectors for the measurement of the angular distribution of prompt γ-rays at the ANNRI in the MLF of the J-PARC (2018)
  • 著者名/発表者名: Takada S.、Okudaira T.、Goto F.、Hirota K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Koga J.、Nakao T.、Sakai K.、Shimizu H.M.、Yamamoto T.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 13 号: 02 ページ: P02018-P02018
  • DOI: 10.1088/1748-0221/13/02/p02018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for unknown interaction with neutrons (2017)
  • 著者名/発表者名: Kitaguchi Masaaki
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: KMI2017 ページ: 8-8
  • DOI: 10.22323/1.294.0008
• [雑誌論文] Measurement of angular correlation of (n,gamma) reaction with polarized neutrons (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tomoki、M.Shimizu H、Kitaguchi M.、Hirota K.、Okudaira T.、Takada S.、Okada A.、Yoshioka T.、Ino T.、Sakai K.、Asahi K.、Momose T.、Iwata T.、Hino M.、Shima T.、Yamagata Y.
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: KMI2017 ページ: 49-49
  • DOI: 10.22323/1.294.0049
• [学会発表] 複合核共鳴における時間反転対称性の破れ探索に向けた偏極中性子による139La(n,γ)反応の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本知樹
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 複合核過程における時間反転対称性の破れ探索にむけた偏極中性子を用いた139La(n,γ)反応の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本知樹
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] Verification of the compound nuclear model for T-violation search (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, H.M.Shimizu, M.Kitaguchi, K.Hirota, S.Takada (for NOPTREX collaborator)
  • 学会等名: KMI2019
  • 国際学会
• [学会発表] Neutron Experiments at J-PARC (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Kitaguchi
  • 学会等名: KMI2019
  • 国際学会
• [学会発表] 量子論的増幅効果と新物理探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北口雅暁
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Optical behavior from epithermal to ultra-cold neutrons (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kitaguchi
  • 学会等名: PPNS2018
  • 国際学会
• [学会発表] Discrete symmetry in compound nuclei (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kitaguchi
  • 学会等名: 5th Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of APS and JPS (HAW2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Measurement of angular distribution of γ-rays in the resonance reaction of 139La for T-Violation search experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kitaguchi
  • 学会等名: 5th Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of APS and JPS (HAW2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Search for T-violation efects in compound neutron resonance at J-PARC (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kitaguchi
  • 学会等名: 10th International Workshop on Fundamental Physics using Atoms
  • 国際学会
• [学会発表] Fundamental physics using high-performance optics (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kitaguchi
  • 学会等名: International Conference on Neutron Optics 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 複合核状態における時間反転対称性の破れ 探索実験計画 (2017)
  • 著者名/発表者名: 北口雅暁
  • 学会等名: 日本物理学会 2017 年秋季大会
• [学会発表] 複合核状態における時間反転対称性の破れ探索のための偏極中性子を用いた空間反転対称性の破れ測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本知樹
  • 学会等名: 日本物理学会 2017 年秋季大会