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

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02889
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 北口 雅暁 名古屋大学, 現象解析研究センター, 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
• キーワード: 対称性の破れ / 素粒子物理実験 / 原子核物理実験 / 偏極中性子

研究実績の概要

本研究の目的は、各種原子核の中性子共鳴吸収反応、特にガンマ線放出を伴う反応の角相関項を測定することと、そのために必要な偏極中性子ビームラインを開発・構築することである。これにより原子核の共鳴状態を統計的に取り扱うことができること実証する。この統計的取り扱いが正当化されると、CP対称性を破る素過程が原子核反応の対称性の破れとして大幅に増幅されることが導かれる。これを用いた時間反転対称性の破れの探索は、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。
平成29年度には3Heスピンフィルターを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BL04ANNRIに持ち込み、偏極中性子ビームを取り出すことに成功していた。
平成30年度は、中性子の偏極方向をビーム進行方向に対して直交させられるような体系を構築することができた。実際に、139La原子核の(n,γ)反応の角相関項のうち、これまで測定されたことのなかった項（中性子進行方向とガンマ線放出方向のベクトル積と、中性子スピンとの内積）の測定を行った。この項の測定により、139Laが中性子を吸収し複合核状態を作る際の角運動量成分の比を同定することができる。これにより、本研究の目的であった原子核の共鳴状態を詳細に調べることができるようになった。さらに他の角相関項の導出も開始している。
効率的な中性子スピン偏極のために、3He原子核偏極のためのスピン光交換ポンピング法のためのレーザーシステムを、名古屋大学内に構築中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

J-PARCとの共同研究により、偏極中性子ビームラインを構築し、実際に偏極中性子を用いた物理測定を行っている。139La原子核の(n,γ)反応のスピン依存性のうち、これまで測定されたことのない角相関項の測定に成功した。この測定は、複合核状態の内部パラメータを同定することにつながり、本研究課題の目的である「原子核の共鳴状態を統計的に取り扱うことができることの実証」に直結する。また、産業技術総合研究所との共同研究によって、大型スピンフィルタの開発のための大強度レーザーの開発を進めている。これらのことから、本研究課題は順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

平成31年度は平成30年度に引き続き、偏極システムを用いた物理実験と、3Heスピンフィルタの開発を並行して行う。物理実験についてはまず、139La原子核の(n,γ)反応の、中性子偏極に対する左右非対称性について結果をまとめる。またそれ以外の相関項についても測定・解析を行う。3Heスピンフィルタの開発では、より高い中性子偏極を目指し、大型・高圧のHeガスセルの開発も行う。ビームライン上で常時3He原子核を偏極させ続けるために、in-situスピン偏極システムの開発をすすめる。これらのオフラインテストを行うために、名古屋大学内に大型3Heガスセル作成システムと、3He原子核偏極のためのスピン光交換ポンピングシステムの構築を引き続き行う。開発した3HeスピンフィルタをJ-PARCビームラインに本格的に導入し、さらに角相関項の測定を進める。これによって原子核の共鳴状態を統計的に取り扱うことができるか否かを議論する。

研究成果

• [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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • DOI: 10.7566/JPSCP.22.011041
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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