熱外中性子偏極技術の開発と139LaにおけるCP対称性の破れの増幅率の最終決定

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21047
• 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): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 中性子 / CP対称性の破れ / 中性子偏極デバイス / (n,γ)反応 / 3He核偏極

研究実績の概要

本研究では139La+n複合核におけるCP対称性の破れの増幅率決定のために、139Laの偏極中性子吸収に伴うγ線放出角度分布測定を行うことを目的としている。このために本研究ではまず中性子偏極デバイス:3Heスピンフィルタの開発を行った。今年度までにJ-PARCに立ち上げた真空システムを用いて計10個のハイブリッド型3Heスピンフィルターを作製した。作製した3HeスピンフィルタをJ-PARCの中性子ビームラインANNRIに3He偏極保持用のコイル、磁気シールド、3He偏極反転装置などと共に導入し、139Laの偏極中性子吸収に伴うγ線放出角度分布測定を行った。当初偏極用レーザーパワーの不足から実験時の3He偏極率は60%とあまり高くなかったが、新しいレーザーシステムを立ち上げ、80%程度の十分に高い3He偏極率を達成した。またビームライン上で130時間程度の十分長い3He偏極緩和時間も達成し、139Laの共鳴エネルギーである0.74eVの中性子に対して30%程度の中性子偏極率を得ることに成功した。
139Laから放出されるガンマ線の角度分布はANNRIに設置されているゲルマニウム検出器群を用いて測定された。その結果、139Laが偏極中性子を吸収し140Laの基底状態に遷移する際に放出されるガンマ線において、中性子スピン方向依存する角度分布が存在することを発見した。本結果は論文としてPhysical Review Cに掲載され、プレスリリースが行われた。この角度分布の結果を既存のs-p混合モデルによって解釈すると139LaにおけるCP対称性の破れの増幅率は10^6程度であるということがわかった。これは今後のCP対称性の破れ探索実験計画にとって非常に重要な成果となる。

研究成果

• [雑誌論文] Current status of development of a 3He spin filter for user experiments at J-PARC (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Okudaira, T. Oku, K. Sakai, I. Ino, H. Hayashida, K. Hiroi, T. Shinohara, K. Kakurai, K. Aizawa
  • 雑誌名: Japan physics journal web of conferences 巻: 33 ページ: -
  • DOI: 10.7566/JPSCP.33.011087
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transverse asymmetry of γ-rays from neutron-induced compound states of 139La (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Okudaira, S. Endo, H. Fujioka, K. Hirota, T. Ino, K. Ishizaki, A. Kimura, M. Kitaguchi, J. Koga, S. Makise, Y. Niinomi, T. Oku, K. Sakai, T. Shima, H. M. Shimizu, S. Takada, Y. Tani, H. Yoshikawa, and T. Yoshioka
  • 雑誌名: Physical. Review. C 巻: 101 ページ: 064624
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.101.064624
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of the neutron polarizer for the T-violation search using compound nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Okudaira Takuya
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: KMI2019 ページ: -
  • DOI: 10.22323/1.356.0029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development and application of a 3He Neutron Spin Filter at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: T.Okudaira, T.Oku, T.Ino, H.Hayashida, H.Kira, K.Sakai, K.Hiroi, S.Takahashi, K.Aizawa, H.Endo, S.Endo, M.Hino, K.Hirota, T.Honda, K.Ikeda, K.Kakurai, W.Kambara, M.Kitaguchi, T.Oda, H.Ohshita, T.Otomoc, H.M.Shimizu, T.Shinohara, J.Suzuki, T.Yamamoto
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 巻: 977 ページ: 164301
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] JAEAにおける3He中性子スピンフィルターの開発 (2020)
  • 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
• [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
• [学会発表] 中性子偏極のための3Heスピンフィルターの開発の現状 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥平琢也
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会