Laboratory for Particle Properties (Phi-lab)
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複合核共鳴でのCP非対称度測定

初期の宇宙においては物質と反物質が同数生成されたはずであるが,現在の宇宙には物質しか残っていない。 これは物質と反物質の間に性質の違いが存在するためだと考えられている。 この性質の違いは「CP対称性の破れ」によって生じており,その存在が実験によって確認されている。 しかし,実験的に測定されたCP対称性の破れの大きさは,現在の標準理論から導かれる値と大きく異なっており,これは現代物理における未解決問題の一つとなっている,

我々は複合核共鳴吸収反応における時間反転対称性の破れを探索することにより,CP対称性の破れに迫ろうとしている。 時間反転対称性は,「時間の向きを逆にしても物理法則が変わらない」という性質のことである。 この対称性は「CPT定理」を仮定するとCP対称性と同義であることが示されている。 そのため,時間反転対称性の破れの大きさを精密に測定することができればCP対称性の破れについて詳細に知ることができる。

原子核が中性子を吸収すると「複合核」と呼ばれる中間状態を経て終状態へ移行する。 この反応の断面積は特定のエネルギーのときに大きくなり,複合核共鳴と呼ばれている。 複合核共鳴吸収反応においては,空間反転対称性の破れが大きく増幅されることがわかっている(複合核モデル)。 現在,空間反転対称性の破れの増幅と同様のメカニズムによって時間反転対称性の破れが増幅されることが理論的に示唆されている。

我々はこれを利用した時間反転対称性の破れの測定を行おうとしている。 時間反転対称性の破れは偏極原子核と偏極中性子の複合核共鳴吸収反応における断面積の偏極方向による変化を見ることで測定することができる。

我々は現在,中性子が原子核に捕獲されるときに発生するガンマ線を測定することで複合核モデルの妥当性を検証するとともに時間反転対称性の破れに対する測定感度を評価している。
J-PARCのBL04に設置したスピンフィルター

また,実験を精度良く効率的に行うために,中性子を偏極させるスピンフィルターや高計数率検出器の開発,核偏極技術の向上等各種技術開発を行っている。