Experimental Fundamental Physics without using High Energy Accerelators

Our research interest is to study fundamental physics, such as particle interactions, space-time symmetries, by means of precision weak interaction measurements and short range gravitational force. Weak interaction studies provides us a great oppotunity to explore physics beyond the standard model. We also try to search large extra dimensions by testing Newton's inverse square law at sub-millimeter scale.

高エネルギー加速器を用いない基礎物理実験

この研究室では、物理学の基礎的な問題に興味を持って、主に小規模実験による研究を推進しています。基礎的な問題とは、素粒子の相互作用の性質や時空構造、それからここでは行っていませんが、量子力学の原理的な問題などを指します。物理法則は過去から未来へ、未来から過去へ、という時間の特別な向きがあるかどうかを調べる時間反転対称性の破れの探索実験と、通常の素粒子・原子核物理には属しない、我々の四次元時空を超える余剰次元探索を目指した近距離重力の実験研究を行っています。


2017年度卒業研究を志望される皆さんへ!

2017/1/10の大学院説明会終了後(16時頃)より、村田研究室の個別説明会を開催します。志望する学生は参加する様にして下さい。c607号室にて。研究室の先輩の卒研生、大学院生も参加しますので気軽に話を聞いてみて下さい。


NHKコズミックフロント「重力の神秘」で立教での重力実験が紹介されました。

重力の神秘、と題した番組で、実験室で重力を観測する方法として村田研のNewton-II号を使って説明しました。2014年11月13日放送。

 

この放送回はNHKオンデマンドで配信中です NHKオンデマンドでも視聴できます。


別冊日経サイエンス「ヒッグスを超えて」で余剰次元探索実験の特集記事が掲載されました。

LHCで発見されたヒッグス粒子の後に続く、ポスト標準理論の素粒子物理学を特集する別冊日経サイエンスに、村田研の記事が一章を割いて紹介されました。2014年12月17日発売。

 日経サイエンスのページはこちら。


原発事故災害復興支援の為の、放射性ストロンチウムの非破壊検出法の開発に成功し、報道発表を行いました。

福島第一原発事故によって環境中に放出された放射性物質のうち、放射性セシウムはガンマ線検出により容易に測定が可能ですが、放射性ストロンチウムはガンマ線分析が出来ないため、放射化学的分析が必要となって非常に分析が難しくなっています。この開発は、放射化学分析が不要で、低感度ながら物理的測定だけで放射性ストロンチウムの計量が可能は技術です。

2014/4/25 報道発表

 


BSフジの科学番組、ガリレオXで余剰次元探索実験が特集されました。

YouTube トップYouTube トップこちらで動画を視聴する事が出来ます。

 

「世界は本当に3次元か?~重力が伝える宇宙の姿~」 2013/10/13放送

サイエンスやテクノロジーに関わる新しい動向や注目の研究を、「深く・わかりやすく・面白く」伝える30分の科学ドキュメンタリー

余剰次元探索の為の、立教大学地下実験室で行っているミリメートルスケールでの万有引力の検証実験と、カナダのTRIUMF研究所で進めている、MTV実験を応用したMTV-G実験を特集したテレビ番組です。4か月に及ぶ密着取材の力作です。ぜひ、ご覧ください。番組HPはこちら


Newton 2013年7月号で余剰次元探索実験が紹介されました!

Topic:「見えない次元」を探し出せ!

協力:村田次郎(立教大学理学部教授)、向山信治(東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構特任准教授)、陣内修(東京工業大学大学院理工学研究科准教授)

超ひも理論の予言する、余剰次元と重力の関係、立教大学の近距離重力実験とTRIUMFで行っている原子核散乱実験、そしてCERN研究所のLHC加速器による衝突型加速器実験を用いた探索実験がわかりやすく紹介されています。

この内容は、以下の別冊でも特集されています。

Newton別冊 現代物理学3大理論(2013年10月)

Newton別冊 宇宙、無からの創生(2014年1月)


日経サイエンス2013年1月号で余剰次元探索のNewton実験が特集されました!

特集:ヒッグス粒子の先へ 「余剰次元を探る」

中島林彦(日経サイエンス編集部)、協力:村田次郎

超対称性など標準模型を超える物理を探索するLHC実験では、四次元時空を超える余剰次元の存在の発見も大きな目標となっている。我々は高エネルギー加速器を用いずに、LHCを超える感度で余剰次元の証拠たるニュートンの万有引力の法則の破れを直接、実験室で行う小規模実験を進めている。この記事では捩れ秤を用いた近距離重力実験と、ごく最近開始した時空の歪みを利用した原子核スケールでの逆二乗則の検証実験が詳しく紹介されています。

13号館地下室のNewton-IV実験とカナダ・TRIUMF研究所でのMTV-G実験


ブルーバックス「余剰次元と逆二乗則の破れ」を出版しました!

村田次郎著 2012年2月出版

「はじめに」より:

我々が現在、「宇宙」と呼び全世界であると信じ込んでいるものは、400年前にガリレオ・ガリレイが自身の発明した望遠鏡をそれまで完全無欠な神の領域だった天に向けた際に発見されたと言ってよい。その発見は同時に、それまで「全世界」であった地上の世界を、宇宙という新たな大きな世界に浮かぶほんの小さな物体にすぎない地位に貶めた事を意味した。
現在の物理学は、この時の転換と酷似した状況にある可能性が示唆されている。我々にとって現時点での全世界である三次元宇宙は、未発見の高次元宇宙に浮かぶ三次元の一物体に過ぎないのかもしれないのである。我々は、素粒子に働く力の法則を追い求めるうちに、そんな思わぬ世界観を構築しつつある。ガリレイは宇宙に実際に飛び出す事無く、地上にいながらにして宇宙から届く光を新しいテクノロジーである望遠鏡を駆使してとらえる事で、宇宙空間に浮かぶ月や太陽、木星などの天体の真の姿を明らかにした。我々現代の研究者は、三次元空間に拘束されながらも高次元空間から届く何らかの信号をとらえる事で、その空間自身の存在を明らかにすべく奮闘している。
我々の宇宙をも丸ごと取り込んでしまう、高次元宇宙とは一体どんな姿をしているのだろうか?驚くべき事に、三次元に加えて新たに存在が考えられている「余剰次元」の向きには、宇宙の大きさは0.1mm程度であろうという理論が1998年に発表され、世界中の物理学者がひっくり返った。その大きさがたった0.1mmしかないという事にではない。0.1mmも、ありそうだという事に驚いたのだ!一般常識とはかけ離れているかに思えるこの物理学者達の反応の詳しい意味の説明は本文に譲るとして、一体どうやったらこの高次元宇宙の存在を実際に確かめられるのだろうか?


MTV experiment : Test of Time Reversal Symmetry

時間反転対称性の破れの探索

The large matter - antimatter asymmetry in our universe requires a large CP(T) violating particle interactions beyond the prediction by the Kobayashi-Maskawa mixing mechanism. The CKM prediction of the T-violation effect on nuclear beta decay is negligible comparing to the experimental sensitivity, therefore, observation of a sizable T-Violation effect on nuclear beta decay implies a discovery of new physics beyond the standard model. This MTV project is searching the T-Violating correlation in polarized 8Li nuclei with the highest precision, which produced at TRIUMF National Laboratory in Vancouver, Canada.

我々の宇宙は物質優勢で、何故か反物質が極端に少ないという謎は、小林・益川機構を超えた未発見の大きなCP対称性の破れ=時間反転対称性の破れが素粒子の相互作用に存在するはずである事を意味しています。CKM模型による原子核のベータ崩壊における時間反転対称性の破れは実験感度に比べて無視出来るほど小さい為、もし何らかのゼロでない対称性の破れが観測された場合は素粒子の標準模型を超える物理の発見を意味します。このMTV実験はカナダ・バンクーバーのTRIUMF国立研究所にて生成された偏極8Liビームを用いて、時間反転対称性を破る相関を世界最高精度で探索しています。

Newton experiment : Search for Large Extra Dimension

余剰次元の探索

The hierarchy problem, why gravity is extremely weak comparing to other three gauge interactions, can be naturally resolved by supposing additional large spacial dimensional world outside of our four dimensional space-time. Existence of the extra dimension can be observed as a violation of Newton's gravitational law at the size of the extra dimension. This Newton project is aiming to search a large extra dimension at sub-millimeter range by testing the inverse square law, using a torsion balance bar with a video displacement sensor using digital image analysis technique.

重力だけが何故、他の三つのゲージ相互作用に比して極端に弱いのか、という階層性問題は、我々の四次元時空の外側に広がる大きな余剰次元を考える事で自然に解決する可能性があります。余剰次元の存在は余剰次元の広がり程度の距離におけるニュートンの万有引力の法則の破れとして観測する事が出来ます。このNewton実験はビデオを用いた画像処理型変位計と捩れ秤を用いて逆二乗則の検証を行う事でミリメートル以下のスケールの余剰次元の探索を行っています。