論文の概要: A Novel Nuclear Emulsion Detector for Measurement of Quantum States of
Ultracold Neutrons in the Earth's Gravitational Field
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.04346v2
- Date: Thu, 26 May 2022 09:09:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-01 08:58:19.655777
- Title: A Novel Nuclear Emulsion Detector for Measurement of Quantum States of
Ultracold Neutrons in the Earth's Gravitational Field
- Title(参考訳): 地球の重力場における超低温中性子の量子状態測定のための新しい核エマルション検出器
- Authors: Naoto Muto, Hartmut Abele, Tomoko Ariga, Joachim Bosina, Masahiro
Hino, Katsuya Hirota, Go Ichikawa, Tobias Jenke, Hiroaki Kawahara, Shinsuke
Kawasaki, Masaaki Kitaguchi, Jakob Micko, Kenji Mishima, Naotaka Naganawa,
Mitsuhiro Nakamura, St\'ephanie Roccia, Osamu Sato, Ren\'e I. P. Sedmik,
Yoshichika Seki, Hirohiko M. Shimizu, Satomi Tada, Atsuhiro Umemoto
- Abstract要約: 仮説上の短距離相互作用は、地球の重力場に縛られたミラー上の超低温中性子(UCN)の波動関数を測定することで検出できる。
空間分解能の高いUCN検出器を開発中である。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Hypothetical short-range interactions could be detected by measuring the
wavefunctions of ultracold neutrons (UCNs) on a mirror bounded by the Earth's
gravitational field. The Searches require detectors with higher spatial
resolution. We are developing a UCN detector for the with a high spatial
resolution, which consists of a Si substrate, a thin converter layer including
$^{10}$B$_{4}$C, and a layer of fine-grained nuclear emulsion. Its resolution
was estimated to be less than 100 nm by fitting tracks of either $^{7}$Li
nuclei or $\alpha$-particles, which were created when neutrons interacted with
the $^{10}$B$_{4}$C layer. For actual measurements of the spatial
distributions, the following two improvements were made: The first was to
establish a method to align microscopic images with high accuracy within a wide
region of 65 mm $\times$ 0.2 mm. We created reference marks of 1 $\mu$m and 5
$\mu$m diameter with an interval of 50 $\mu$m and 500 $\mu$m, respectively, on
the Si substrate by electron beam lithography and realized a position accuracy
of less than 30 nm. The second was to build a holder that could maintain the
atmospheric pressure around the nuclear emulsion to utilize it under vacuum
during exposure to UCNs. The intrinsic resolution of the improved detector was
estimated by evaluating the blur of a transmission image of a gadolinium
grating taken by cold neutrons as better than 0.56 $\pm$ 0.08 $\mu$m, which
included the grating accuracy. A test exposure to UCNs was conducted to obtain
the spatial distribution of UCNs in the Earth's gravitational field. Although
the test was successful, a blurring of 6.9 $\mu$m was found in the
measurements, compared with a theoretical curve. We identified the blurring
caused by the refraction of UCNs due to the roughness of the upstream surface
of the substrate. Polishing of the surface makes the resolution less than 100
nm.
- Abstract(参考訳): 仮説上の短距離相互作用は、地球の重力場に縛られたミラー上の超低温中性子(UCN)の波動関数を測定することで検出できる。
探索には空間分解能の高い検出器が必要である。
我々は、Si基板と、$^{10}$B$_{4}$Cを含む薄いコンバータ層と、微細な核エマルション層からなる高空間分解能のUCN検出器を開発している。
その分解能は、中性子が$^{10}$b$_{4}$c層と相互作用した時に生成した$^{7}$li核または$\alpha$-粒子の軌道に取り付けることで、100nm未満と見積もられた。
空間分布の実際の測定には、65 mm $\times$ 0.2 mmの広い領域において、顕微鏡像を高精度に整列させる方法を確立した。
電子線リソグラフィーによりSi基板上に,それぞれ50$\mu$m,500$\mu$mの間隔で1$\mu$m,5$\mu$mの基準マークを作成し,30nm未満の位置精度を実現した。
2つ目は、核エマルションの周囲の気圧を維持できるホルダーを構築し、UCNに曝露する際に真空下で利用することであった。
改良された検出器の本質的な分解能は、冷中性子によるガドリニウム格子の透過像のぼかしを0.56$\pm$ 0.08$\mu$mと評価することで推定された。
地球の重力場におけるUCNの空間分布を得るために、UCNに対する試験露光が行われた。
試験は成功したが、理論曲線と比較すると6.9$\mu$mのぼかしが確認された。
基板上面の粗さによるUCNの屈折によるぼかしを同定した。
表面を研磨すると、解像度は100nm未満になる。
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