名古屋大学素粒子宇宙起源研究所（KMI）フレーバー物理学国際研究センター（FlaP）の三島賢二特任准教授らが参加する研究グループが、遠心力で作られた中性子の量子状態をJ-PARCパルス中性子源を用いて観測することに成功しました。地球重力の700万倍に相当する加速度で量子力学が正しいことをパルス中性子で初めて検証しました。
詳細は名古屋大学からのプレスリリースをご参照ください。

研究成果のポイント

【Question】
一般相対性理論と量子力学の統一理論構築は現代物理学の大きな課題です。一般相対性理 論は重力と加速度の等価性に立脚しています。しかし、量子状態の加速度下における振る 舞いは限られた実験でしか検証されていませんでした。

【Findings】
我々は凹面鏡に中性子ビームを沿わせると遠心加速度によって表面を這うような量子状態 が現れることに着目しました。中性子が地球重力の 700 万倍に相当する加速度下で作る 量子状態の観測に成功し、量子力学が正しく成り立つことをパルス中性子で初めて検証し ました。測定の感度自体は 1 万分の 1 に相当し、今後より精密な凹面鏡と量子力学計算を 用いることで精度をさらに高めることが可能です。

【Meaning】
本研究の検証精度を高め、地球重力によって束縛された量子状態の結果と比較すること で、量子力学における等価原理の検証がこれまで実現されていなかった高い精度で可能と なります。また、1 万分の 1 という高い感度を活かして 10 ナノメートルの到達距離を持 つ未知短距離力の探索にも有望です。

研究者コメント

この研究成果について三島さんは以下のようにコメントしています。

アインシュタインの一般相対性理論では加速度と重力が等価です。中性子の Whispering Gallery 状態は加速度系における量子状態であり、重力と量子力学の接点にある非常に興味深い現象です。今回の測定結果から、地球重力の700万倍に相当する加速度の中でも量子力学が成り立っていることがわかりました。

J-PARCの大強度パルスビームのおかげで、わずか数時間の測定で非常に高感度のデータを取得することができました。現在、実験精度は統計的な要因以外のところで制限されています。より精密な解析を行うことで、さらに精度が上げられるものと考えています。

論文情報

タイトル
Measurement of neutron whispering gallery states using a pulsed neutron beam

著者
Go Ichikawa, Kenji Mishima

雑誌名
Physical Review D

DOI
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.111.082008

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