理化学研究所（理研）光量子工学研究センター先端光学素子開発チームの藤家拓大大学院生リサーチ・アソシエイト（研究当時、現研究パートタイマー）（名古屋大学大学院理学研究科博士後期課程学生）、山形豊チームリーダー、細畠拓也上級研究員、名古屋大学素粒子宇宙起源研究所現象解析研究部門の北口雅暁准教授、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所中性子科学研究系の三島賢二特別准教授、京都大学複合原子力科学研究所粒子線基礎物性研究部門の日野正裕教授らの共同研究グループは、従来手法を大幅に上回る感度で中性子に及ぼされる相互作用^[1]を測定できる、新型中性子干渉計の開発に成功しました。本研究成果は、中性子の相互作用の測定の限界を打開し、物理学の発展に寄与することが期待されます。
量子ビーム^[2]の一種である中性子^[3]を利用した干渉計は、中性子が波動として分割・重ね合わせできる性質を利用することで、中性子による相互作用を精密に測定できます。中性子干渉計は、測定感度の高さから、これまで物質分析などのさまざまな物理実験に利用され、物理学の発展に貢献してきました。しかし、従来の中性子干渉計は、ビーム制御の難しさと実験体系の制約から感度向上に限界がありました。
共同研究グループは、従来手法と全く異なる原理を用いた新型中性子干渉計を開発しました。本装置は人工的に作成した中性子反射ミラーを高精度に配置することで幅広い波長帯域の中性子を利用できるようになったため、従来型と比べて飛躍的に感度が向上したことに加え、取り扱いが容易になりました。今回開発した干渉計は、物質分析の高精度化だけでなく、原子核や素粒子の間に働く力の研究や宇宙膨張の謎の解明など、幅広い分野の研究に活用されると期待されます。本研究は、科学雑誌『Physical Review Letters 』オンライン版（1月12日付：日本時間1月13日）に掲載されます。

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【用語説明】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

[1] 相互作用
物体や粒子が互いに及ぼし合う力のこと。現在の物理学では、「電磁気力」「重力」「強い力」「弱い力」の4種類の基本的な相互作用によって自然現象を説明する。

[2] 量子ビーム
量子力学的な性質を利用するビーム。飛来する中性子や光などを指す。

[3] 中性子
原子核を構成する基本粒子の一つ。質量を持ち電荷を持たない特徴がある。

【論文情報】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

＜タイトル＞
Development of Neutron Interferometer using Multilayer Mirrors and Measurements of Neutron-Nuclear Scattering Length with Pulsed Neutron Source
＜著者名＞
Takuhiro Fujiie, Masahiro Hino, Takuya Hosobata, Go Ichikawa, Masaaki Kitaguchi, Kenji Mishima, Yoshichika Seki, Hirohiko M. Shimizu, Yutaka Yamagata
＜雑誌＞
Physical Review Letters
＜DOI＞
10.1103/PhysRevLett.132.023402

【研究代表者】

素粒子宇宙起源研究所／理学研究科　北口 雅暁　准教授
https://www.phi.phys.nagoya-u.ac.jp