CryoEDM

CryoEDM to eksperyment fizyki cząstek elementarnych , którego celem jest zmierzenie elektrycznego momentu dipolowego (EDM) neutronu z dokładnością ~10-28 ^ecm . Nazwa jest skrótem od kriogenicznego eksperymentu neutronowego EDM . Czasami używana jest również poprzednia nazwa nEDM , ale należy jej unikać w przypadku niejasności. Projekt jest zgodny z eksperymentem Sussex/RAL/ILL nEDM, który ustalił obecnie najlepszą górną granicę 2,9×10-26 ^ecm . Aby osiągnąć lepszą czułość, krioEDM wykorzystuje nowe źródło ultrazimnych neutronów (UCN), które działa poprzez rozpraszanie zimnych neutronów w nadciekłym helu .

Eksperyment znajduje się w Institut Laue-Langevin w Grenoble . Współpraca obejmuje zespół nEDM z Sussex University i RAL , a także nowych współpracowników z Oksfordu i Kure w Japonii. Współpraca jest niezwykle mała jak na nowoczesny eksperyment fizyki cząstek elementarnych (około 30 osób).

STFC jako projekt alfa 5 (najwyższy priorytet) , razem ze znacznie większymi eksperymentami CERN : ATLAS i CMS .

Elektryczny moment dipolowy neutronu

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Elektryczny moment dipolowy neutronów

Chociaż ogólnie jest elektrycznie obojętny, neutron składa się z naładowanych kwarków . Nierównowaga ładunku po jednej stronie spowodowałaby niezerowy EDM. Byłoby to naruszeniem parzystości (P) i odwrócenia czasu (T). Uważa się, że neutronowy EDM istnieje na pewnym poziomie, aby wyjaśnić asymetrię materii i antymaterii we Wszechświecie , chociaż do tej pory każdy pomiar dał wartość zgodną z zerem.

Ograniczenia dotyczące EDM neutronów są znaczącym ograniczeniem dla wielu teorii fizyki cząstek elementarnych. Model Standardowy Fizyki Cząstek przewiduje wartość 10-31 ^- 10-32 ^ecm , podczas gdy teorie supersymetryczne przewidują wartości w zakresie ^{10-25-10-28 ecm} .

Zasada pomiaru

Nowoczesne eksperymenty EDM polegają na pomiarze przesunięcia częstotliwości precesji wirowania neutronów $gdy$ , przyłożone pole elektryczne E jest odwrócone. To jest podane przez

${\ Displaystyle h \ nu = 2 dE \ pm 2 \ mu B}$

$,$ to EDM, to magnetyczny moment dipolowy B to pole magnetyczne, a h to stała Plancka ( zależy od tego, czy pola są równoległe, czy antyrównoległe $)$ ). Oczywiście, gdy pole elektryczne jest odwrócone, powoduje to przesunięcie częstotliwości precesji proporcjonalne do EDM. Ponieważ magnetyczny moment dipolowy neutronu jest niezerowy, konieczne jest ekranowanie lub korygowanie fluktuacji pola magnetycznego, aby uniknąć fałszywie dodatniego sygnału.

Częstotliwość precesji jest mierzona za pomocą metody rezonansu magnetycznego pola oscylacyjnego z separacją Ramseya , w której duża liczba ultrazimnych neutronów o spolaryzowanym spinie jest przechowywana w polu elektrycznym i magnetycznym. Następnie stosuje się impuls pola magnetycznego prądu przemiennego, aby obrócić spiny o ${\ displaystyle \ pi / 2}$ . Generator sygnału używany do podania impulsu jest następnie wyłączany, podczas gdy neutron wiruje precesyjnie wokół osi pola magnetycznego z częstotliwością precesji; po okresie ~ 100 s stosuje się kolejny impuls pola, aby obrócić spiny o ${\ displaystyle \ pi / 2}$ . Jeśli częstotliwość zastosowanego sygnału jest dokładnie równa częstotliwości precesji, wszystkie neutrony zostaną zsynchronizowane z generatorem sygnału i wszystkie zostaną spolaryzowane w kierunku przeciwnym do początku. Jeśli istnieje różnica między tymi dwiema częstotliwościami, niektóre neutrony wrócą do swojego pierwotnego stanu. Następnie zlicza się liczbę neutronów w każdym stanie polaryzacji i wykreślając tę ​​liczbę w funkcji zastosowanej częstotliwości, można określić częstotliwość precesji.

Eksperyment Sussex / RAL / ILL z neutronową EDM (nEDM)

Eksperyment nEDM był eksperymentem EDM neutronowym w temperaturze pokojowej, który przeprowadzono w ILL, wykorzystując ultrazimne neutrony z reaktora ILL. Fluktuacje pola magnetycznego (znaczące źródło błędu systematycznego) monitorowano za pomocą atomowego magnetometru rtęciowego . Wyniki pomiarów opublikowano w 1999 r., podając górną granicę EDM neutronów wynoszącą 6,3 × 10-26 ^ecm . Dalsza analiza opublikowana w 2006 roku poprawiła to do 2,9 × ^10-26 ecm

CryoEDM

Eksperyment krioEDM ma na celu poprawę czułości eksperymentu nEDM o dwa rzędy wielkości do ~ 10-28 ^ecm . Osiągnie się to dzięki kilku czynnikom: liczba UCN zostanie zwiększona za pomocą nowego źródła, w którym wiązka zimnych neutronów jest rozpraszana w dół wewnątrz nadciekłego helu; zastosowanie ciekłego helu zamiast próżni pozwoli na zwiększenie przyłożonego pola elektrycznego; ulepszenia aparatury zwiększą możliwy czas przechowywania i polaryzację produktu. Przejście od temperatury pokojowej do pomiaru kriogenicznego oznacza konieczność przebudowy całej aparatury. W nowym eksperymencie zastosowano nadprzewodzące ołowiowe osłony magnetyczne oraz system magnetometru SQUID .

Eksperyment zakończył budowę i mógł działać przez kilka lat w ILL. Eksperyment przyniósł szereg osiągnięć: wielokrotne operacje kriostatu przy 0,6 K (objętość 300 L nadciekłego He), wytwarzanie supertermicznego UCN z oczekiwaną szybkością, zademonstrowany transport do komory Ramseya i detektorów, rozwój / działanie półprzewodnikowych detektorów UCN w LHe, a także instalacja i obsługa systemu magnetometrii SQUID.

Jednak w grudniu 2013 r. Rada Naukowa STFC zdecydowała się na „zarządzane wycofanie” z CryoEDM ze względu na skalę programu wymaganego do osiągnięcia nowego wyniku fizycznego w konkurencyjnej skali czasowej poza przewidywanymi dostępnymi zasobami. Eksperyment jest teraz zakończona w 2014 roku.

Zobacz też

Elektryczny moment dipolowy neutronu

Linki zewnętrzne

• Eksperyment CryoEDM
• Zapis eksperymentu CryoEDM na INSPIRE-HEP