論文の概要: Design and Monte Carlo Simulation of a Phase Grating Moiré Neutron Interferometer to Measure the Gravitational Constant
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.00170v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 20:37:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:55.170579
- Title: Design and Monte Carlo Simulation of a Phase Grating Moiré Neutron Interferometer to Measure the Gravitational Constant
- Title（参考訳）: 重力定数測定のための位相格子モアレ中性子干渉計の設計とモンテカルロシミュレーション
- Authors: C. Kapahi, D. Sarenac, B. Heacock, D. G. Cory, M. G. Huber, J. W. Paster, R. Serrat, D. A. Pushin,
- Abstract要約: 重力定数(G)は、自然界の最も正確には知られていない基本定数である。
一般的に適用される振り子法と異なる系統的効果を持つGを測定するための新しい技術が必要である。
PGMI (phase-grating moir'e interferometer) と呼ばれる新しいNI設計は、中性子フラックスをマグニチュードで増大させることが示されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The gravitational constant (G) is the least precisely known fundamental constant of nature, with persistent and significant discrepancies between measurement methods. New techniques for measuring G with systematic effects different from commonly applied pendulum methods are required. Neutrons are convenient probes of gravitational forces as they are both massive and electrically neutral, properties that allowed a single-crystal neutron interferometer (NI) to achieve the first experimental demonstration of gravitationally induced quantum interference. Despite this, the limitation of single-crystal NIs to monoenergetic beams significantly reduces neutron flux, making precision gravitational measurements unfeasible. A new NI design called the phase-grating moir\'{e} interferometer (PGMI) has been shown to increase neutron flux by orders of magnitude while allowing grating separation that maintains similar interferometer area to previous NI devices. Here, we propose and describe an experiment to measure G using the PGMI to a precision comparable to measurements from the CODATA 2022 evaluation. A Monte Carlo model for incorporating nonlinear potentials into a PGMI is introduced. This model is used to evaluate sources of systematic uncertainty and quantify the uncertainty in G arising from these effects. The effect of lunar gravitation on a torsion pendulum experiment from CODATA 2022 is calculated, and the need for possible correction factors is demonstrated. This work demonstrates that a neutron PGMI can be used to measure G to $150$ parts-per-million in the near term with the potential to achieve greater precision in future experimental designs.
- Abstract（参考訳）: 重力定数(G)は、自然界の最も正確には知られていない基本定数であり、測定方法の間に持続的かつ重要な相違がある。
一般的に適用される振り子法と異なる系統的効果を持つGを測定するための新しい技術が必要である。
中性子は、質量と電気的に中性であるため、重力力の便利なプローブであり、単一結晶中性子干渉計(NI)が重力によって誘起される量子干渉の最初の実験的実証を行うことができる特性である。
それにもかかわらず、単結晶NIsの単エネルギービームへの制限は中性子フラックスを著しく減少させ、正確な重力測定を不可能にする。
相成長型モワール{e}干渉計(PGMI)と呼ばれる新しいNI設計は、従来のNIデバイスと同じような干渉計領域を維持する格子分離を可能にしながら、マグニチュードで中性子フラックスを増大させることが示されている。
そこで本研究では,PGMIを用いたG測定実験をCODATA 2022の評価値に匹敵する精度で提案する。
PGMIに非線形ポテンシャルを組み込むモンテカルロモデルを導入する。
このモデルは、系統的な不確実性の源を評価し、これらの効果から生じるGの不確実性の定量化に使用される。
CODATA2022のねじり振り子実験に対する月の重力の影響を計算し,修正因子の必要性を実証した。
この研究は、中性子PGMIを用いて、近い将来、Gから150ドル分の部品を測定できることを示した。
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