ねじれ秤によるカシミール力有限温度補正項の精密検証

使用扭力天平精确验证卡西米尔力有限温度修正项

• 批准号: 17654047
• 负责人: 佐々木 真人
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17654047/
• 关键词: 素粒子実験; 量子電磁力学; 零点振動力; カシミール力; 近距離微小力; ねじれ秤; 重力; 素粒子実験; 量子電磁力学; 零点振動力; カシミール力; 近距離微小力; ねじれ秤; 重力

この研究ではねじれ秤を用いて量子電磁力学(QED)が予言する零点振動力(カシミール力)を高精度にて測定することにより、QEDの予想を越えた相互作用の検証及び非ニュートン重力を探査することを目的として行われた。まず未知のカに対して高感度な装置を実現するため、ねじれ秤を用いて近距離微小力の測定を行える装置の開発を行った。このようなねじれ秤を用いた数μm程度の近距離力の測定では、一般的に地面振動や地面の傾斜の影響が最も大きな誤差源となる。我々の装置ではねじれ秤に対して電場による制御を行い、地面振動などの外部からの擾乱の影響を押さえ込んだ。また我々はねじれ秤を用いたカシミール力の測定において、地面の振動や傾斜がどのような経路で極板間距離に伝達されるのかを明らかにし、地面振動が十分小さい場所(国立天文台江刺地球潮汐観測施設)において磁場による減衰を用いることで、カシミール力の測定に対する系統誤差が十分小さくなることを示した。この装置を用い、国立天文台江刺地球潮汐観測施設において、金の極板の間にはたらく力を0.4〜6.5μmの範囲で測定した。その結果、0.4〜2.0μmまでの広い領域での測定データにおいて有意な結果が得られ、極板の形状及び金の導電率が有限である効果を含めて予測されるカシミール力の理論予測と5%の精度で一致した。またこの実験結果を元に、カシミール力に対する有限温度による2つの異なる補正モデルを検定し、1つのモデルを3.5σ相当の信頼度で棄却した。さらに測定データとカシミール力の理論値との残差から、ニュートン重力への湯川型の補正項への制限を95%の信頼度で求めた。これにより1μm付近での上限値で過去の実験と比較し、最大で5倍厳しい制限を与えた。これらの結果は国際会議(the 6th KEK Topical Conference February 6-8,2007)でポスター発表し、雑誌Classical Quantum Gravityに投稿した(2007年5月現在審査中)。

这项研究是使用扭转量表进行的，以测量量子电磁（QED）以高精度预测的零点振动力（克什米尔力），并验证超出QED期望的相互作用并研究非牛顿的重力。首先，为了实现对未知结高度敏感的设备，我们开发了一种可以使用扭转刻度测量短距离微型型的设备。在使用这样的扭转尺度测量约几μm的短距离力时，最重要的误差来源通常是地面振动和地面倾斜的影响。我们的设备使用电场控制来防止外部干扰的影响，例如地面振动。 We also clarified the paths in which the vibrations and slopes of the ground are transmitted to the distance between the pole plates when measuring Kashmir forces using a torsional scale, and showed that by using magnetic field damping in places where the ground vibration is sufficiently small (National Astronomical Observatory Esashi Earth Tide Observation Facility), the systematic error for measuring Kashmir forces is sufficiently small.使用该设备，在国家天文天文台的Esashi Earth Tide观测设施的范围内测量了金板之间作用的力。结果是在0.4至2.0μm的较大面积上测量数据的重要结果，并且与预测的克什米尔力的理论预测一致，包括板的形状和有限的金电导率的影响，精度为5％。根据该实验的结果，对克什米尔力的两个不同的校正模型进行了有限温度测试，并且一个模型被拒绝，可靠性相当于3.5σ。此外，从测量的数据和克什米尔力的理论值之间的残差之处，牛顿重力的Yukawa式校正项的极限是可靠性为95％的。这导致限制的限制比以前的实验高达五倍，在1μm左右。这些结果在2007年2月6日至8日举行的第六届KEK主题会议上显示为海报，并发布到杂志古典量子重力（截至2007年5月）。