КриоЭДМ

CryoEDM — это эксперимент по физике элементарных частиц, целью которого является измерение электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрона с точностью ~ 10 ⁻²⁸экм. ^[1] Название является аббревиатурой от криогенного нейтронного эксперимента по ЭДМ . Предыдущее название nEDM также иногда используется, но его следует избегать, если может возникнуть двусмысленность. Проект следует эксперименту Sussex/RAL/ILL nEDM, который установил текущий лучший верхний предел 2,9×10. ⁻²⁶экм. ^[2] Чтобы достичь повышенной чувствительности, криоЭДМ использует новый источник ультрахолодных нейтронов (УХН), который работает за счет рассеяния холодных нейтронов в сверхтекучем гелии .

Эксперимент расположен в Институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле . В сотрудничество входит команда nEDM из Университета Сассекса и RAL , а также новые сотрудники из Оксфорда и Куре , Япония. Коллаборация удивительно мала для современного эксперимента по физике элементарных частиц (около 30 человек).

присвоил этому эксперименту статус альфа-5 (высшего приоритета) проекта В 2008 году STFC вместе с гораздо более крупными ЦЕРН экспериментами : ATLAS и CMS . ^[3]

Электрический дипольный момент нейтрона

Для получения дополнительной информации см. Электрический дипольный момент нейтрона.

Несмотря на то, что нейтрон в целом электрически нейтрален, он состоит из заряженных кварков . Дисбаланс заряда на одной стороне может вызвать ненулевой EDM. Это было бы нарушением симметрии четности (P) и обращения времени (T). Считается, что на каком-то уровне существует нейтронный ЭДМ, объясняющий асимметрию материи-антиматерии во Вселенной , хотя на сегодняшний день каждое измерение дает значение, соответствующее нулю.

Ограничения на ЭДМ нейтронов являются существенным ограничением для многих теорий физики элементарных частиц. Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает значение 10 ⁻³¹ – 10 ⁻³² ecm, в то время как суперсимметричные теории предсказывают значения в диапазоне 10 ⁻²⁵ – 10 ⁻²⁸экм.

Принцип измерения

Современные эксперименты EDM работают путем измерения сдвига частоты прецессии ларморовского спина нейтрона. $\nu$ , когда приложенное электрическое поле E меняется на противоположное. Это дано

$h\nu =2dE\pm 2\mu B$

где d – ЭДМ, $\mu$ – магнитный дипольный момент , B – магнитное поле, h – постоянная Планка ( $\pm$ зависит от того, параллельны или антипараллельны поля). Очевидно, что изменение направления электрического поля приводит к сдвигу частоты прецессии, пропорциональному ЭДМ. Поскольку магнитный дипольный момент нейтрона отличен от нуля, необходимо экранировать или корректировать флуктуации магнитного поля, чтобы избежать ложноположительного сигнала.

Частота прецессии измеряется с помощью Рэмси разделенных осциллирующих полей магнитного резонанса метода , в котором большое количество спин -поляризованных ультрахолодных нейтронов сохраняется в электрическом и магнитном поле. Затем применяется импульс магнитного поля переменного тока для вращения спинов на $\pi /2$ . Затем генератор сигналов, используемый для подачи импульса, отключается, в то время как спины нейтронов прецессируют вокруг оси магнитного поля с частотой прецессии; после периода ~ 100 с подается еще один импульс поля, чтобы повернуть спины на $\pi /2$ . Если частота приложенного сигнала точно равна частоте прецессии, все нейтроны будут синхронизированы с генератором сигналов, и все они в конечном итоге будут поляризованы в направлении, противоположном тому, в котором они стартовали. Если между этими двумя частотами существует разница, то некоторые нейтроны вернутся в исходное состояние. Затем подсчитывается количество нейтронов в каждом состоянии поляризации, и, отображая это число в зависимости от приложенной частоты, можно определить частоту прецессии.

Эксперимент по нейтронной ЭДМ Сассекс/RAL/ILL (nEDM)

Эксперимент nEDM представлял собой эксперимент по EDM нейтронов при комнатной температуре, который проводился в ILL с использованием ультрахолодных нейтронов из реактора ILL. Флуктуации магнитного поля (значительный источник систематической ошибки) контролировались с помощью атомно-ртутного магнитометра . Результаты измерений были опубликованы в 1999 году и дали верхний предел ЭДМ нейтрона 6,3×10. ⁻²⁶экм. ^[4] Дальнейший анализ, опубликованный в 2006 году, улучшил это значение до 2,9 × 10. ⁻²⁶ЕСМ ^[2]

КриоЭДМ

Эксперимент криоЭДМ призван повысить чувствительность эксперимента нЭДМ на два порядка, до ~10 ⁻²⁸экм. Это будет достигнуто за счет ряда факторов: количество УХН будет увеличено за счет нового источника, в котором пучок холодных нейтронов рассеивается внутри сверхтекучего гелия; использование жидкого гелия вместо вакуума позволит увеличить приложенное электрическое поле; усовершенствования аппарата позволят увеличить возможные сроки хранения и поляризацию продукта.Переход от комнатной температуры к криогенным измерениям означает, что необходимо перестроить весь аппарат. В новом эксперименте используются сверхпроводящие свинцовые магнитные экраны и система магнитометра СКВИД .

Эксперимент завершил строительство и мог работать в ILL в течение нескольких лет. В ходе эксперимента был достигнут ряд достижений: несколько операций криостата при 0,6 К (объем сверхтекучего гелия 300 л), сверхтепловое производство УХН с ожидаемой скоростью, демонстрация транспортировки в камеру Рэмси и детекторы, разработка / эксплуатация твердотельных детекторов УХН в LHe, а также монтаж и эксплуатация системы магнитометрии СКВИД.

Однако в декабре 2013 года научный совет STFC решил провести «управляемый выход» из CryoEDM из-за масштаба программы, необходимой для достижения нового физического результата в конкурентоспособные сроки, выходящие за рамки ожидаемых доступных уровней ресурсов. ^[5] Эксперимент завершен в 2014 году.

См. также

Электрический дипольный момент нейтрона

Ссылки

^ Предложение о криогенном эксперименте по измерению электрического дипольного момента нейтрона (nEDM) arXiv : [https://arxiv.org/abs/0709.2428v1 0709.2428v1
^ Перейти обратно: ^а ^б Бейкер, Калифорния; и др. (2006). Улучшенный экспериментальный предел электрического дипольного момента нейтрона . Физ. Преподобный Летт. 97:131801. doi : 10.1103/PhysRevLett.97.131801 arXiv:hep-ex/0602020v3
↑ Ответ на консультативные группы и окончательные рекомендации PPAN. Архивировано 27 февраля 2009 г. в Wayback Machine.
^ ПГ Харрис и др. (1999) Новый экспериментальный предел электрического дипольного момента нейтрона . Письма о физической проверке 82 904-907 doi : 10.1103/PhysRevLett.82.904
^ Гриффит, Кларк. «Поиски электрического дипольного момента: состояние и перспективы» (PDF) . Индико . ИОП . Проверено 27 августа 2019 г.

Внешние ссылки

КриоЭДМ эксперимент
CryoEDM Запись эксперимента на INSPIRE-HEP

[1] Предложение о криогенном эксперименте по измерению электрического дипольного момента нейтрона (nEDM) arXiv : [https://arxiv.org/abs/0709.2428v1 0709.2428v1

[limit-2] Перейти обратно: ^а ^б Бейкер, Калифорния; и др. (2006). Улучшенный экспериментальный предел электрического дипольного момента нейтрона . Физ. Преподобный Летт. 97:131801. doi : 10.1103/PhysRevLett.97.131801 arXiv:hep-ex/0602020v3

[3] Ответ на консультативные группы и окончательные рекомендации PPAN. Архивировано 27 февраля 2009 г. в Wayback Machine.

[4] ПГ Харрис и др. (1999) Новый экспериментальный предел электрического дипольного момента нейтрона . Письма о физической проверке 82 904-907 doi : 10.1103/PhysRevLett.82.904

[CryoEDM_status-5] Гриффит, Кларк. «Поиски электрического дипольного момента: состояние и перспективы» (PDF) . Индико . ИОП . Проверено 27 августа 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]