国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学（総長松尾清一、以下「名古屋大学」という） 理学研究科の山本知樹大学院生、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構（理事長 児玉敏夫、以下「原子力機構」という）J-PARCセンターの奥平琢也博士研究員らの研究グループは、スピン(1)の揃った(偏極した)中性子を原子核が吸収した時に放出するガンマ線を測定したところ、その放出方向に偏りが存在し、その偏りが中性子のスピン方向に依存して変化することを世界で初めて発見しました。

この宇宙は「物質」がほとんどで、「反物質」はほとんど存在しません。その理由として「CP対称性の破れ」が提唱されています。しかし、物質世界を説明できる「CP対称性の破れ」を表す現象はまだ見つかっていません。
素粒子原子核反応では、「P対称性が破れ」という反応の偏りが存在することが知られています。反応に関わる原子核の種類によっては、よく知られた値よりも100万倍も大きい「P対称性の破れ」が実験的に確認されています。この非常に大きな「P対称性の破れ」は、核子同士に働く小さな「P対称性の破れ」が原子核内で非常に大きく増幅された結果であるというモデルがあります。「P対称性の破れ」の増幅現象のメカニズムを明らかにすることで、「CP対称性の破れ」の謎の解明につながることが期待されます。

そこで本研究では、「P対称性の破れ」の増幅現象のメカニズムの検証のために、原子核の偏極中性子吸収反応に伴う、ガンマ線の放出方向の分布を測定する実験を行いました。
中性子の偏極には、J-PARCで開発した偏極装置（³Heスピンフィルター）を用いました。物質・生命科学実験施設（MLF）の中性子ビームライン（BL04、ANNRI）で、偏極熱外中性子ビームを原子核に照射したところ、偏極した中性子を吸収した原子核から放出されるガンマ線の放出方向に偏りがあること、その偏りがスピンの向きによって変化することを世界で初めて発見しました。

この実験で得られたガンマ線の放出方向と、「P対称性の破れ」の増幅現象のメカニズムのモデルが予測する放出方向の偏りを比較することで、モデルの検証を行うことが可能となります。また、モデルの検証結果をもとに、原子核内での対称性の破れの増幅現象のメカニズムが解明されることが期待されます。
今後、「CP対称性の破れ」の増幅現象のメカニズムを解明することで、宇宙創成の謎に迫ることも期待されます。

本成果は、アメリカの物理学会誌「Physical Review C」のオンライン版に6月25日に掲載されました。

詳しくはこちらをご参照ください。

プレスリリース全文（名古屋大学HP）

KMIビハインド・ザ・シーン「中性子－原子核の反応で素粒子・宇宙の起源を探る」

KMIからは北口雅暁准教授が本グループに参加しています。

原子核内の反応プロセスを理解することで、いわば原子核を実験装置とみなした素粒子宇宙物理実験が行えるようになります。名大KMIでは中性子を用いた様々な実験を行なっています。
中性子は電荷を持たないのでビームとして制御するのが難しく、今回のような高統計を必要とする実験はJ-PARCが稼働して初めて可能になりました。ビームと装置の発展はこれまで不可能と思われていた実験を可能にし、私たちに新しい視点を与えてくれます。とてもワクワクしています。（北口雅暁准教授）

論文情報

論文誌：Physical Review C
論文名：Transverse asymmetry of γ rays from neutron-induced compound states of ¹⁴⁰La
著者：　T. Yamamoto[a], T. Okudaira[b], S. Endo[a,b], H. Fujioka[c], K. Hirota[a], T. Ino[d], K. Ishizaki[a], A. Kimura[b], M. Kitaguchi[a], J. Koga[e], S. Makise[e], Y. Niinomi[a], T. Oku[b], K. Sakai[b], T. Shima[f], H. M. Shimizu[a], S. Takada[e], Y. Tani[c], H. Yoshikawa[f], T. Yoshioka[e]
[a]名古屋大学　[b]JAEA　[c]東工大　[d]KEK　[e]九州大学　[f]大阪大学
DOI番号：10.1103/PhysRevC.101.064624

URL: https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.101.064624 

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KMIビハインド・ザ・シーン「中性子－原子核の反応で素粒子・宇宙の起源を探る」