時空反転対称性の破れの探索のための偏極核標的内の熱外中性子スピン光学の研究

2024 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24H00222
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 清水 裕彦 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (50249900)
• 研究分担者: 岩下 芳久 京都大学, 複合原子力科学研究所, 研究員 (00144387) ; 松下 琢 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (00283458) ; 飯沼 昌隆 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 助教 (00294512) ; 奥平 琢也 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40826129) ; 北口 雅暁 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571) ; 田島 宏康 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80222107)
• 研究期間 (年度): 2024-04-01 – 2027-03-31
• キーワード: 原子核偏極 / 複合核 / 熱外中性子 / 基本対称性

研究実績の概要

本課題における最重要事項は、複合核状態における時空反転対称性の破れの研究のために、偏極139La核標的を中性子ビームラインに搭載することです。特に小さな磁場下で熱平衡から外れた大きな核偏極度を実現することで、偏極標的内での中性子スピン光学測定が実現し、その結果、時空反転対称性の破れの高感度測定が可能となります。そこで、常磁性中心を内包するランタン化合物の単結晶に対して動的核偏極法を適用し、偏極方向を水平に取って、中性子ビームを透過させます。(1) 水平方向に磁場を発生させる超伝導電磁石を準備し、液体ヘリウム温度程度に保たれる試料領域の試料冷却性能を測定しました。核偏極を長時間保持するために、動的偏極法を適用したのちに希釈冷凍温度まで温度を下げてスピン凍結しますので、そのための希釈冷凍機の設計基礎データとしました。(2) 当該磁場中心にて標的材料を冷却するための希釈冷凍機の設計を実行し、製作が間も無く終了します。(3) Ndを常磁性中心としたLaAlO3単結晶の育成を行い、常磁性中心濃度を変化させて育成を続行しています。(4) これら各要素を組み合わせて中性子ビームラインに配置するための設置架台及びジグの詳細設計を進めています。
以上に並行して中性子偏極子のin-situ偏極を中性子ビームライン上に導入することに成功しましたので、これを用いることで空間反転対称性の測定精度が飛躍的に向上しています。そこで、それを用いた反応機構の詳細研究を進め、それらの結果は論文として発表しました。

現在までの達成度

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題において実行するすべての項目について着手を終え、実行継続上の問題は発生していません。このペースで進めば、2年度目前半にて開発された要素技術のテスト運用を始められるものと考えられ、研究期間内にビームを用いた物理測定を実行できる見込みが立ってきました。したがって概ね予定通りの進捗と報告します。

今後の研究の推進方策

現状、提案内容に沿って研究を進めており、特に計画に変更の必要はないと考えていますので、当初計画通り研究を進める予定です。なお本研究は低温装置を中性子ビームラインに投入して動的偏極及びスピン凍結に挑むかなり挑戦的な内容ですので、さまざまな問題に迅速に対応できる人材が多く必要です。そこで、現段階から、若手研究者及び大学院生の自律的な研究推進能力を育成することで、人材の問題の解決を図るつもりで、旅費などに予算を重点的に配分することを考えています。

研究成果

• [雑誌論文] Transverse Asymmetry of Individual gamma-rays in the 139La(n,gamma)140La Reaction (2025)
  • 著者名/発表者名: Okuizumi M.、Auton C. J.、Endo S.、Fujioka H.、Hirota K.、Ino T.、Ishizaki K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Koga J.、Makise S.、Niinomi Y.、Oku T.、Okudaira T.、Sakai K.、Shima T.、Shimizu H. M.、Tada H.、Takada S.、Takahashi S.、Tani Y.、Yamamoto T.、Yoshikawa H.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 111 ページ: 034611-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.111.034611
• [雑誌論文] Spin Dependence in the p-wave Resonance of 139La+n (2024)
  • 著者名/発表者名: T.Okudaira, R.Nakabe, 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.OteroMunoz, J.D.Parker, K.Sakai, T.Shima, H.M.Shimizu, T.Shinohara, W.M.Snow, S.Takada, Y.Tsuchikawa, R.Takahashi, S.Takahashi, H.Yoshikawa, T.Yoshioka
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 109 ページ: 044606-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.109.044606
• [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,K.Hirota,I.Ide,T.Ino,M.Ishikado,W.Kambara,S.Kawamura,A.Kimura,M.Kitaguchi,R.Kobayashi,T.Okamura,T.Oku,T.Okudaira,M.Okuizumi,J.G.Otero-Munoz,J.D.Parker,K.Sakai,T.Shima,H.M.Shimizu,T.Shinohara,W.M.Snow,S.Takada,R.Takahashi,S.Takahashi,Y.Tsuchiura,T.Yoshioka
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 109 ページ: L041602-1-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.109.L041602
• [雑誌論文] Combination of crystal growth with optical floating zone and evaluation of Nd3+:LaAlO3 crystals with the dynamic nuclear polarization of 139La and 27Al (2024)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki Kohei、Ide Ikuo、Fujita Masaki、Hotta Hiroki、Ito Yuki、Iinuma Masataka、Ikeda Yoichi、Iwata Takahiro、Kitaguchi Masaaki、Kohri Hideki、Matsushita Taku、Miura Daisuke、Miyachi Yoshiyuki、Shimizu Hirohiko M.、Yosoi Masaru
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 95 ページ: 063301-1-7
  • DOI: 10.1063/5.0202680
• [雑誌論文] Circular polarization measurement for individual gamma rays in capture reactions with intense pulsed neutrons (2024)
  • 著者名/発表者名: S.Endo, R.Abe, H.Fujioka, T.Ino, O.Iwamoto, N.Iwamoto, S.Kawamura, A.Kimura, M.Kitaguchi, R.Kobayashi, S.Nakamura, T.Oku, T.Okudaira, M.Okuizumi, M.Omer, G.Rovira, T.Shima, H.M.Shimizu, T.Shizuma, Y.Taira, S.Takada, S.Takahashi, H.Yoshikawa, T.Yoshioka, H.Zen
  • 雑誌名: The European Physical Journal A 巻: 60 ページ: 166-1-10
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-024-01392-6