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 ― 空間が縦・横・高さの 3 次元だけでできているのかを探る大きな一歩 ―

   
  • 高エネルギー加速器研究機構
  • J-PARC センター
  • 九州大学先端素粒子物理研究センター
  • 名古屋大学
  • 大阪大学核物理研究センター

    高エネルギー加速器研究機構の三島賢二特別准教授は、九州大学、名古屋大学、大阪大学、インディアナ大学との共同研究により、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いました。2つの物体の間に働く力には、いわゆる万有引力や電磁気的な力の他に、原子核をつなぎとめる力、原子核を崩壊させる力の合計4種類が存在していることが知られています。 一方で、私たちが生活している空間は、縦横高さの3次元から構成されていますが、ミクロなスケールでは4次元以上の空間(余剰次元)の存在の可能性が理論的に示唆されています。

    もし、そのような余剰次元が存在するとなると、極めて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ますが、これまでそのような力が働いている様が実験的には観測されたことはありませんでした。例えば原子の大きさ程度の距離(0.1 ナノメートル)では、ニュートン重力の 100垓倍以上の強い力すら見つけることができていませんでした。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しました。J-PARC の世界最高強度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 において、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ました。

    研究グループは現在も探索感度のさらなる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ます。 本研究は、科学研究費助成事業若手研究(B)(JP25800152)、学術創成研究 JP19GS0210 の支援 を受けました。 本研究成果は平成 30 年 3 月 22 日(木)付(米国東部時間)米国科学雑誌 Physical Review D に掲載される予定です。また、本論文は米国物理学会のオンライン誌 Physics でハイライトされる予定です。

    詳しくは、プレスリリース(PDF)をご参照ください。
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