阪大ら、パルス中性子ビームにより原子サイズでの未知の力を検証

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実験原理の概念図

大阪大学は2018年3月23日、九州大学、高エネルギー加速器研究機構、名古屋大学、インディアナ大学と共同で、大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス中性子源を用いて、原子の大きさ程度の距離に働く未知の力の探索を行ったと発表した。

2つの物体の間に働く力には、万有引力や電磁気的な力のほか、原子核をつなぎとめる力、原子核を崩壊させる力の4種類が存在することが知られている。一方で、空間は、縦・横・高さの3次元から構成されているが、ミクロなスケールでは4次元以上の空間(余剰次元)が存在すると理論的に示唆されている。しかし、その場合、近い距離に置かれた2つの物体の間に、4つの力では説明できない強い力が働くと予測されるが、これまでそのような力は観測されていなかった。

今回研究グループは、中性子と希ガスの原子との間に働く力を探索。J-PARCのパルス中性子ビームを用いることで、原子の大きさ(0.1ナノメートル)の距離の領域で、未知の力の探索感度を従来の同様の実験に比べて1桁向上させることに成功した。実験では、希ガス標的を封入した容器に、パルス中性子ビームを照射。下流に設置した中性子検出器で中性子の散乱角度分布を精密に測定する。余剰次元が存在する場合、既知の力のみから予想される分布からズレが生じるという。

研究グループは、現在も探索感度の向上を目指して実験を続けており、今後も余剰次元の探索領域をより広げていくことが期待されるとしている。

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