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

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14495
• 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
• キーワード: 偏極中性子 / 中性子吸収反応 / CP対称性の破れ

研究実績の概要

本課題は原子核の偏極中性子反応で対称性の破れが増幅される現象を研究するために、熱外中性子を偏極するデバイスを開発することが目的である。本研究では中性子を偏極するために核偏極3Heガスを利用したデバイス : 3Heスピンフィルタを開発した。本装置は偏極3He原子核を得るためにレーザー偏極手法であるスピン交換光ポンピング法を用いている。 3Heスピンフィルタを実験に使用するためには、3Heガスセルに大強度レーザーを照射し、中性子ビームラインに持ち込む必要があることから、多数のビームラインが建築されているJ-PARC 物質生命科学実験施設内に大強度レーザーシステムを構築した。3Heスピンフィルタを中性子ビームラインに導入し、空間反転対称性の破れが大きく増幅されている117Snの1.33eV p波共鳴に対して偏極中性子吸収反応に伴うガンマ線を測定したところ、中性子スピン方向に依存して放出角度分布が変化することが発見された。これに代表されるように3Heスピンフィルタが様々な基礎物理実験に応用できるようになり、更なる成果創出が期待される。
これに加えてビームラインに導入可能なコンパクトなレーザー装置の開発も推進している。従来の3Heスピンフィルタではレーザー偏極したあと3Heスピンフィルタと偏極保持用のコイルのみを導入していたため、実験期間中に3He偏極率が徐々に減衰していくという問題点があった。レーザーで3He原子核を偏極させながら中性子ビーム実験を行うことにより、長時間高い偏極率を保ったまま偏極中性子ビーム実験を行うことができる。本研究ではそのテスト機として小型の3Heスピンフィルタ偏極装置を開発し、中性子ビームライン上で3He偏極率を3日以上の長時間にわたり維持できることを実証することに成功した。

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 ページ: 114907
  • DOI: 10.1063/5.0192680
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin dependence in the p-wave resonance of La + n (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Okudaira, R. Nakabe, C. J. Auton, S. Endo, H. Fujioka, V. Gudkov, I. Ide, T. Ino, M. Ishikado, W. Kambara, S. Kawamura, R. Kobayashi, M. Kitaguchi, T. Okamura, T. Oku, J. G. Otero Munoz, J. D. Parker, K. Sakai, T. Shima, H. M. Shimizu et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 109 ページ: 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, C. J. Auton, S. Endo, H. Fujioka, V. Gudkov, I. Ide, T. Ino, M. Ishikado, W. Kambara, S. Kawamura, R. Kobayashi, M. Kitaguchi, T. Okamura, T. Oku, T. Okudaira, J. G. Otero Munoz, J. D. Parker, K. Sakai, T. Shima, H. M. Shimizu et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 109 ページ: L041602
  • 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 ページ: 5
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.107.054602
  • 査読あり / 国際共著
• [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