―第３の手法により中性子寿命問題の解明に挑む―
ポイント
・新しい手法による中性子寿命測定装置を開発し、最初の実験結果を得た
・今後精度を向上させることにより中性子寿命問題の決着が期待される
概要
九州大学先端素粒子物理研究センターの吉岡瑞樹准教授、音野瑛俊助教、九州大学大学院理学府の古賀淳大学院生、矢野浩大大学院生、森下彩元大学院生、角直幸元大学院生、富田龍彦元大学院生、上原英晃元大学院生は、高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所の三島賢二特別准教授、猪野隆講師、市川豪研究員らのグループ、名古屋大学、東京大学、京都大学、大阪電気通信大学、筑波大学、大阪大学と共同で、既存の手法とは異なる新しい手法で中性子寿命を測定する装置を開発し、最初の実験結果を得ました。
原子核を形作る粒子のひとつである中性子の崩壊は、宇宙の元素合成のメカニズムや素粒子物理学に深く関連しています。今回の成果を元に中性子の崩壊*1寿命の測定精度を向上させることで、宇宙の進化の謎にさらに迫ることが期待されます。
この研究成果は、学術誌「Progress of Theoretical and Experimental Physics」に1月8日掲載されました。
内容
既存のビーム法は中性子が崩壊したときに生じる陽子を検出するのに対し、 研究グループは電子を検出する方法を考案しました。陽子ではなく電子を検出することで、過去の実験とは原理的に異なる実験となります。本実験はJ-PARC MLFのBL05ビームライン（NOP）で行われました。大強度パルス中性子ビームを特殊な制御装置を用い40 cm程度の長さに整形した後、長さ1mのガス検出器に導入し、検出器内部で生じる中性子崩壊による電子線を検出します。一般に中性子崩壊による電子線を検出することは、陽子を検出する場合よりもバックグラウンドが多く、難しい実験となります。しかし、一連の中性子が全て検出器内部に存在する間だけ信号を取得する、という方法によってその問題を乗り越え、このたび最初の実験結果を得ました。この結果はまだ精度が低いため、中性子寿命問題の原因究明には至っておりませんが、今後より多くの実験を行い精度を上げていくことで、中性子問題の原因究明に繋げられると考えています。
用語解説
1．中性子の崩壊
原子核に束縛されていない自由な中性子は弱い相互作用により陽子、電子、反ニュートリノに崩壊する。この過程はβ崩壊と呼ばれる。
詳細
九州大学プレスリリースをご参照ください。
