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時空構造の解明へ向けた量子論の枠組みにおける弱い等価原理の検証

公募研究

研究領域ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開~LHCによる真空と時空構造の解明~
研究課題/領域番号 17H05397
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

神谷 好郎  東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (90434323)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2018年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2017年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード等価原理 / 量子論 / 超冷中性子 / 半導体 / イメーイングセンサー / 精密加工
研究実績の概要

100 nm 程度の波長領域の中性子を超冷中性子と言う。地球重力場の下で束縛することができ、その存在確立分布には、数ミクロンオーダーの特徴的な変調構造がある。本研究課題は、この量子束縛状態の変調構造と干渉項の振動現象を同時に計測することで、量子論の枠組みにおける弱い等価原理の検証を行うことを目的とする。量子論の枠組みにおける検証実験は、これまであまり例が無い。そのため、古くから行われてきた Eotvos パラメータによる等価原理の破れに関する議論と相補的な検証実験になると考える。

本研究課題において、高速応答を可能とする中性子イメージングセンサーの開発を行ってきた。Double SOI 技術を応用することで回路間の干渉性を抑制することを目指し、それに特化した半導体製造プロセスの高度化と効率化を進めてきた。当該年度においては 10 mm x 15 mm の大面積イメージングセンサーの製作に成功するまで進めることができた。同時に、Single SOI 技術による初段回路一体型の半導体センサーに中性子変換膜を追加し、中性子への感度を持たせるための製造技術開発を進めてきた。中性子イメージングセンサーを、高エネルギー加速器研究機構の熱中性子、京大複合原子力研究所の研究炉やJ-PARC 物質・生命科学実験施設による熱中性子を用いて照射試験を行った。シグナルクラスタ形状からγ線イベントや電子線イベントなどから分別手法を開発し、空間分解能の評価を行ったところ、空間分解能の上限として 4 ミクロン程度が実現されていることを確認した。これらの結果は国際シンポシウムで報告し、Nuclear Instruments and Methods A への出版が確定している。他、等価原理検証実験の設計シミュレーションを進め、中性子ガイドなど主要なコンポーネントの製作を進めた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 13件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Max-Planck-Gesellschaft(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Max-Planck-Gesellschaft(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Studies of radioactive background in SOI pixel detector for solar axion search experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Onuki Yoshiyuki、Grimaldo Johnny Alejandro Mora、Ose Tatsuki、Aihara Hiroaki、Inoue Yoshizumi、Kamiya Yoshio、Shimazoe Kenji、Tsuru Takeshi Go、Tanaka Takaaki、Miuchi Kentaro、Takeda Ayaki、Arai Yasuo
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 448-451

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.07.056

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 中性子検出器の基礎物理実験への応用2020

    • 著者名/発表者名
      神谷好郎
    • 学会等名
      第1回「中性子マイクロスコープの実現に向けた調査研究」研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Experimental Search for New Gravity-like Forces in the Nanometer Scale with Slow Neutrons2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Kamiya
    • 学会等名
      Testing Gravity 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Search for New Gravity-like Short-range Interactions using Slow Neutrons Beams2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, R. Cubitt, K. Itagaki, G.N. Kim, S. Komamiya, L. Porcar, Y. Sasayama, M. Tani, and O. Zimmer
    • 学会等名
      11th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms - FPUA2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Search for New Gravity-like Interactions using Slow Neutrons2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, R. Cubitt, K. Itagaki, G.N. Kim, S. Komamiya, L. Porcar, Y. Sasayama, M. Tani, and O. Zimmer
    • 学会等名
      Accelerating Universe in the Dark
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Search for New Gravity-like Interactions in the Nanometer Range2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Kamiya
    • 学会等名
      22nd International Conference on General Relativity and Gravity - GR22 (7-12 July 2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Testing the Weak Equivalence Principle using Gravitationally Bound Quantum States of Ultracold Neutrons2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Kamiya and Sachio Komamiya
    • 学会等名
      Physics of fundamental Symmetries and Interactions - PSI2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a Neutron Imaging Sensor using INTPIX4, SOI Pixelated Silicon Devices2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, T. Miyoshi, H. Iwase, T. Inada, A. Mizushima, Y. Mita, K. Shimazoe, H. Tanaka, I. Kurachi, and Y. Arai
    • 学会等名
      12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detector - HSTD12
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Search for New Gravity-like Interactions using Slow Neutrons2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, Y. Sasayama, K. Itagaki, M. Tani, S. Komamiya, GN. Kim
    • 学会等名
      Accelerating Universe in the Dark
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Search for New Gravity-like Short-range Interactions using Slow Neutrons Beams2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, Y. Sasayama, K. Itagaki, M. Tani, S. Komamiya, GN. Kim
    • 学会等名
      The 11th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Search for New Gravity-like Forces in the Nanometer Scale with Slow Neutrons2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, Y. Sasayama, K. Itagaki, M. Tani, S. Komamiya, GN. Kim
    • 学会等名
      Testing Gravity 2019
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超冷中性子による弱い等価原理検証実験の開発状況2018

    • 著者名/発表者名
      神谷好郎
    • 学会等名
      弱値・弱測定の展望
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of Neutron Imaging Sensor using SOI-XRPIX Detector2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, Y. Arai, S. Harada, K. Kayama, I. Kurachi, A. Mizushima, A. Takeda, T. G. Tsuru, K. Uchida, and M. Yamada
    • 学会等名
      The 1st Workshop on Quantum Beam Imaging
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Neutron Imaging Sensor using SOI-XRPIX Detector2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, Y. Arai, S. Harada, K. Kayama, I. Kurachi, A. Mizushima, A. Takeda, TG. Tsuru, K. Uchida, M. Yamada
    • 学会等名
      The 1st Workshop on Quantum Beam Imaging
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wigner擬確率関数による超冷中性子の量子束縛状態の記述と時間発展2018

    • 著者名/発表者名
      神谷好郎
    • 学会等名
      弱値・弱測定、エンタングルメント、量子コヒーレンスの新地平線
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Imaging Detector for Ultracold Neutrons using SOI Pixel Sensors and its Application to an Experimental Test of the Weak Equivalence Principle2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, R. Abe, Y. Arai, K. Hara, S. Iwanami, S. Komamiya, A. Koyama, I. Kurachi, J. A. Mora Grimaldo, M. Ogino, Y. Onuki, T. Ose, K. Shimazoe, A. Takeda, M. Togawa, T. G. Tsuru, K. Uchida, H. Yamauchi, Y. Yoshihara
    • 学会等名
      11th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD11) in conjunction with 2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超冷中性子検出に向けた半導体検出器開発と弱い等価原理検証実験への応用2017

    • 著者名/発表者名
      神谷好郎
    • 学会等名
      電気学会 低レベル放射線(能)測定に関する技術調査専門委員会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Wigner擬確率分布関数を用いた超冷中性子の量子状態の記述2017

    • 著者名/発表者名
      神谷好郎
    • 学会等名
      弱値を通した新物理の探索
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Search for New Gravity-like Forces using Neutron Scattering Instruments and Possible Reductions of Systematic Uncertainties2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, Y. Sasayama, K. Itagaki, M. Tani, S. Komamiya, GN. Gim
    • 学会等名
      International Conference on Neutron Scattering 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SOI技術を用いた中性子検出器の開発と弱い等価原理の検証実験2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamiya, K. Yamada, K. Uchida, S. Komamiya
    • 学会等名
      新学術領域研究「3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」 第8回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-01-27  

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