中性子whispering gallery状態を用いた未知相互作用の探索

使用中子回音壁状态搜索未知的相互作用

基本信息

批准号：
21K03594
负责人：
市川豪
金额：
$ 2.58万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03594/
关键词：
中性子未知相互作用素粒子実験重力中性子散乱

项目摘要

中性子whispering gallery状態を用いて、短距離における重力相互作用に修正を加えるような未知の相互作用を探索している。その探索感度は重力源となる凹面鏡表面の質量密度に比例するため、探索感度の向上には凹面鏡の表面を高い密度を持つ物質に置き換えることが有効である。そこで、高精度に研磨されたガラス凹面鏡に蒸着によって薄膜を形成することを計画した。薄膜を形成する物質は質量密度が高いことに加えて、中性子に対する光学ポテンシャルが十分高く、中性子吸収断面積が小さいことが必要である。光学ポテンシャルが低い場合、J-PARCで用いる波長に対して中性子が凹面鏡を通り抜けwhispering gallery状態を形成することが出来ない。中性子吸収断面積が大きいと、凹面鏡表面で量子状態を形成する間に中性子が吸収され、高い準位の生存率が減少し干渉縞の観測が困難になる。当初は金の薄膜を計画していたが詳細に計算を行ったところ、吸収が問題になることが分かったため薄膜を形成可能で条件を満たすプラチナを選択した。ガラス凹面鏡の鉛直方向の中央にプラチナ薄膜を真空蒸着し、鉛直方向の上下移動でガラス・プラチナ・ガラス面の比較が可能になるようにした。J-PARC MLF 2022年度のビームタイムで測定を行い、精密に研磨されたガラスと同様に真空蒸着によるプラチナ面でもwhispering gallery状態を観測することに成功した。ガラス面での結果と同様に、プラチナ面でも準位の生存数に計算による予想との相違が生じているため、初期条件と凹面鏡での量子準位の時間発展についてモデル計算を向上させる必要がある。

利用中子回音壁态，我们正在探索改变短距离引力相互作用的未知相互作用。由于搜索灵敏度与作为重力源的凹面镜表面的质量密度成正比，因此用高密度材料代替凹面镜表面对于提高搜索灵敏度是有效的。因此，我们计划通过气相沉积在高精度抛光的凹面玻璃镜上形成薄膜。除了具有高的质量密度之外，形成薄膜的材料还必须具有足够高的中子光势和小的中子吸收截面。如果光势较低，中子就无法穿过凹面镜并形成 J-PARC 所用波长的回音壁态。如果中子吸收截面较大，中子会被吸收，同时在凹面镜表面形成量子态，降低高能级的存活率，并且难以观察到干涉条纹。最初，我们计划使用金薄膜，但经过详细计算，我们发现吸收会是一个问题，所以我们选择了铂，它满足要求，可以形成薄膜。在玻璃凹面镜的垂直中心真空沉积一层铂薄膜，通过垂直上下移动来比较玻璃、铂和玻璃表面。我们在 J-PARC MLF 2022 光束时间进行了测量，并成功观察到了真空沉积铂表面以及精密抛光玻璃上的回音壁状态。与玻璃表面的结果类似，铂表面的残存能级数量与计算预测的不同，因此需要改进凹面量子能级的初始条件和时间演化的模型计算。镜子。