МУЛЬТИКАМЕРНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ПОИСКА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЬНОГО МОМЕНТА НЕЙТРОНА

Е.Б. Александров⁵, М.В. Балабас⁵, Г. Бизон², К. Бодек³, А. Вайс², В.Е. Варламов, А.В. Васильев, П. Гельтенборт⁴, М. Даум², Н.А. Доватор⁵, С.И. Калинин, К. Кирх², И.А. Краснощекова, М.С. Ласаков, В.В. Марченков, А.Н. Мурашкин, А.С. Пазгалев⁵, И.А. Потапов, М.В. Сажин, А.П. Серебров, Р.Р. Тальдаев, А.К. Фомин, Р. Хенек¹, Г.Е. Шмелев, У. Шмидт⁶, И.В. Шока, Н.Н. Якобсон⁵

¹ Институт Пауля Шерера
² Фрибургский Университет
³ Краковский Университет
⁴ Институт Лауэ-Ланжевена
⁵ Государственный оптический институт, Санкт-Петербург
⁶ Хайдельбергский Университет

Целью нового эксперимента [1] по поиску электрического дипольного момента нейтрона на высокоинтенсивном источнике ультрахолодных нейтронов (УХН) в Институте Пауля Шерера является достижение чувствительности ~ 5·10^-28 е·см, т.е. в 100 раз выше, чем наилучшая чувствительность в ЭДМ-измерениях в настоящее время. Ненулевой результат ЭДМ нейтрона на уровне 10^-26-10^-27 е·см ожидается в рамках суперсимметричных теорий СР-нарушения. Эти теории объясняют барионную асимметрию Вселенной, тогда как стандартная модель СР-нарушения ее не объясняет. Поэтому есть основания ожидать, что электрический дипольный момент нейтрона на уровне 10^-26-10^-27 е·см может быть обнаружен.

Эксперимент использует метод Рамзея, где поляризованные нейтроны прецессируют в магнитном и электрическом полях. Если d_n № 0, то изменение направления электрического поля по отношению к магнитному полю будет вызывать малый энергети ческий сдвиг резонанса (10^-22 эВ для d_n = 10^-26 е·см, Е =10 кВ/см), который ведет к сдвигу угла прецессии и изменению поляризации УХН, которая может быть зарегистрирована.

Схема мультикамерного ЭДМ-спектрометра показана на рис.1. Основным элементом спектрометра является пара камер с противоположными направлениями электрического поля, которая позволяет выделять ЭДМ-эффект на фоне флуктуаций магнитного поля. При переключении полярности электрического поля из-за ЭДМ нейтрона будет возникать сдвиг резонанса в камерах с полем противоположного знака, тогда как флуктуации магнитного поля вызывают сдвиг резонанса одинакового знака. Мультикамерный ЭДМ-спектрометр позволяет скомпенсировать флуктуации магнитного поля с градиентом магнитного поля первого и второго порядка. Для этого последовательность полярности высокого напряжения в камерах должна быть + - - +. Кроме того, для контроля за систематическими эффектами четыре пары высоковольтных камер будут размещены между камерами с нулевым электрическим полем. Для поддержания резонансных условий во всех камерах спектрометра резонансная частота будет вырабатываться с помощью шестнадцати Cs-магнетометров, окружающих по четыре каждые четыре пары высоковольтных камер. Средняя частота самогенерирующих магнетометров вырабатывается пропорционально магнитному полю. Затем средняя частота Cs-магнетометров делится на коэффициент, равный отношению гиромагнитных моментов Cs и нейтрона. Полученная частота будет являться частотой нейтронного резонанса. Таким образом, будет поддерживаться стабильность резонансных условий несмотря на флуктуации и дрейф магнитного поля. Для подавления флуктуаций магнитного поля будет использован четырехслойный магнитный экран и система стабилизации магнитного поля вокруг магнитных экранов.

Рисунок 1. Схема мультикамерного ЭДМ-спектрометра.
1-1ў - детекторы УХН, 2 - анализатор, 3 - затвор, 4 - четырех-слойный магнитный экран, 5 - электрод, 6 - канал для магнетометров, 7 - радиочастотные катушки, 8 - изолятор высоковольтной камеры, 9 - высоковольтные электроды, 10 - вакуумная камера с катушкой постоянного магнитного поля, 11 - поляризатор, 12 - камера хранения УХН, 13 - затвор камеры хранения УХН, 14 - нейтроновод

В 2001 году были разработаны дизайн ЭДМ-спектрометра (рис.2), математическая модель ЭДМ-эксперимента и проведены исследования вариаций магнитного поля на месте расположения установки.

Рисунок 2. Дизайн ЭДМ спектрометра

Математическая модель спектрометра включает в себя систему программ для расчета однородности магнитного поля в спектрометре, расчета магнитного поля от токов утечки, моделирование магнитного резонанса, результатов измерений и их анализа.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33