未知のCP対称性の破れ探索のための、中性子偏極デバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 20K14495
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 奥平 琢也 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40826129)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 偏極中性子 / 核偏極 / CP対称性の破れ / 中性子吸収反応 / 偏極中性子ビーム / 離散的対称性の破れ / 複合核反応 / (n,γ)反応 / 中性子偏極デバイス / 中性子ビーム

研究開始時の研究の概要

現在の物質優勢宇宙を説明するためには標準理論を超えたCP対称性の破れの存在が不可欠である。原子核の中性子吸収反応ではCP対称性の破れが大きく増幅される可能性が示唆されており、この現象を利用した未知のCP対称性の破れ探索実験が計画されている。本研究ではCP対称性の破れ探索実験のための熱外中性子偏極用の大型3Heスピンフィルターの開発を行う。

研究成果の概要

本研究では原子核の中性子吸収反応を用いたCP対称性の破れ探索に不可欠な中性子ビームのスピン偏極デバイス: 3Heスピンフィルターの開発を行った。 3Heスピンフィルターは偏極3He原子核の中性子吸収反応を用いて中性子ビームを偏極させるデバイスであり、複数個の3Heガスセルを作製した。3Heガスを偏極するためのレーザー装置をJ-PARCに構築して80%程度の高い3He偏極率を達成できることを確認した。本装置を用いて原子核が偏極中性子を吸収した際に放出されるγ線の角度分布の測定、偏極Laと偏極中性子のスピン依存する断面積の測定などに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

開発した3Heスピンフィルタを用いて世界最大強度を誇るJ-PARCの中性子ビームを幅広いエネルギー領域において偏極することに成功した。本デバイスを用いて測定した原子核の中性子断面積のスピン依存性から139LaにおけるCP対称性の破れの増幅率を決定することに成功した。これはCP対称性の破れ探索に対して非常に大きなマイルストーンである。本デバイスはCP対称性の破れ探索のみならず中性子ビームを用いた広範な科学領域にわたり高い有用性を持つことから、今後様々な中性子実験に応用させることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Contrast dependence of scattering profiles for poly(ethylene glycol) in water: Investigation by small-angle neutron scattering with 3He spin filter and small-angle X-ray scattering (2024)
  • 著者名/発表者名: A. Ryoki, F. Watanabe, T. Okudaira, S. Takahashi, T. Oku, K. Hiroi, R. Motokawa, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 160 号: 11 ページ: 114907-114907
  • DOI: 10.1063/5.0192680
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2.Spin dependence in the p-wave resonance of La + n (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Okudaira et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 109 号: 4 ページ: 044606-044606
  • DOI: 10.1103/physrevc.109.044606
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High sensitivity of a future search for P-odd/T-odd interactions on the 0.75 eV p-wave resonance in n + 139La forward transmission determined using pulsed neutron beam (2024)
  • 著者名/発表者名: R. Nakabe et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 109 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.109.l041602
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Angular distribution of γ-rays from a neutron-induced p-wave resonance of 132Xe (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Okudaira, Y. Tani, S. Endo, J. Doskow, H. Fujioka, K. Hirota, K. Kameda, A. Kimura, M. Kitaguchi, M. Luxnat, K. Sakai, D. C. Schaper, T. Shima, H. M. Shimizu, W. M. Snow, S. Takada, T. Yamamoto, H. Yoshikawa, and T. Yoshioka
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 107 号: 5 ページ: 5-5
  • DOI: 10.1103/physrevc.107.054602
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the transverse asymmetry of the gamma-rays in the 117Sn(n,gamma)118Sn reaction (2022)
  • 著者名/発表者名: Endo S.、Okudaira T.、Abe R.、Fujioka H.、Hirota K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Oku T.、Sakai K.、Shima T.、Shimizu H. M.、Takada S.、Takahashi S.、Yamamoto T.、Yoshikawa H.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 106 号: 6 ページ: 064601-064601
  • DOI: 10.1103/physrevc.106.064601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optically Polarized Alkali Metal Cell for Muonic Helium Measurements (2022)
  • 著者名/発表者名: Ino Takashi、Fukumura Seiso、Strasser Patrick、Fujita Masaki、Ikeda Yoichi、Kanda Sohtaro、Kitaguchi Masaaki、Nishimura Shoichiro、Oku Takayuki、Okudaira Takuya、Shimizu Hirohiko M.、Shimomura Koichiro
  • 雑誌名: Proceedings of the 24th International Spin Symposium (SPIN2021) 巻: 37 ページ: 021208-021208
  • DOI: 10.7566/jpscp.37.021208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proposal for new measurements of muonic helium hyperfine structure at J-PARC (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukumura Seiso、Strasser Patrick、Ino Takashi、Oku Takayuki、Okudaira Takuya、Kanda Sohtaro、Kitaguchi Masaaki、Shimomura Koichiro、Shimizu Hirohiko M.、Torii Hiroyuki A.、Nishimura Shoichiro
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 262 ページ: 01012-01012
  • DOI: 10.1051/epjconf/202226201012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] J-PARC における高性能 3He 中性子スピンフィルタの開発とその先導研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也
  • 雑誌名: 波紋 巻: 32 ページ: 76-81
• [雑誌論文] Energy-dependent angular distribution of individual gamma rays in the 139La(n,gamma)140La reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Okudaira T.、Endo S.、Fujioka H.、Hirota K.、Ishizaki K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Koga J.、Niinomi Y.、Sakai K.、Shima T.、Shimizu H. M.、Takada S.、Tani Y.、Yamamoto T.、Yoshikawa H.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 号: 1 ページ: 014601-014601
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.014601
• [学会発表] Enhancement of discrete symmetry violations in neutron-induced compound nuclei (2023)
  • 著者名/発表者名: T.Okudaira for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: 6th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Current status of NOPTREX experiment at J-PARC (2023)
  • 著者名/発表者名: T.Okudaira for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: 2023 CSNS NOPTREX workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of discrete symmetry violation in compound nuclei (2023)
  • 著者名/発表者名: T.Okudaira for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: Neutron Fundamental Physics Workshop KEK IPNS workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-PARC MLF BL04 ANNRIにおける偏極熱外中性子利用について (2023)
  • 著者名/発表者名: 奥泉舞桜,奥平琢也,猪野隆,遠藤駿典,奥隆之,加倉井和久,河村しほり,北口雅暁, 木村敦,ClaytonAuton,後藤優,小 林 龍珠, 髙田 秀佐, 髙橋 慎吾, 清水 裕彦
  • 学会等名: 日本中性子科学会
• [学会発表] Search for time reversal violation in neutron-nucleus resonance interactions (2022)
  • 著者名/発表者名: T.Okudaira for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: KMI symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 複合核における離散的対称性の破れの増幅 (2022)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也 for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: Fundamental Physics Using Reactor
  • 招待講演
• [学会発表] 複合核における時間反転対称性破れの探索 -偏極原子核の中性子吸収断面積測定- (2022)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也 for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 複合核を用いた時間反転対称性の破れの探索と それに向けた複合核反応の基礎研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也 for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 139La(n,γ)140La反応により生じるガンマ線の円偏光度の測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 遠藤駿典 for NOPTREX collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] J-PARCにおけるミューオニックヘリウム超微細構造精密測定及びミューオニックヘリウム偏極用SEOP装置の開発状況 (2022)
  • 著者名/発表者名: 福村省三, PatrickStrasser, 猪野隆, 奥隆之, 奥平琢也, 神田聡太郎, 北口雅暁, 清水裕彦, 下村浩一郎, 鳥居寛之, 西村昇一郎,
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 複合核における時間反転対称性破れの探索-実験の計画と偏極原子 核の中性子吸収断面積測定- (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也, 安部亮太, 石崎貢平, 伊東佑起, 遠藤駿典, 奥隆之, 亀田健斗, 北口雅暁, 木村敦, 酒井健二, 嶋達志, 清水裕彦, 高田秀佐, 広田克也, 藤家拓大, 藤岡宏之, 吉岡瑞樹, 吉川大幹
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
• [学会発表] Neutron Polarization device using polarized 3He (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也
  • 学会等名: Fundamental Physics Using Atoms 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中性子偏極デバイス:3Heスピンフィルタの開発と利用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARCにおける3Heスピンフィルターの開発と利用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] デバイス開発 ~中性子偏極技術等の開発と利用を中心に~ (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥隆之
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARCにおける3Heスピンフィルターの開発と利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也
  • 学会等名: 日本中性子科学会