3.2 ПОИСК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЬНОГО МОМЕНТА НЕЙТРОНА
С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ

А.П.Серебров, В.Е.Варламов, А.В.Васильев, А.И.Егоров, О.М.Жеребцов, М.С.Ласаков, А.Н.Мурашкин, И.А.Потапов, М.В.Сажин, Р.Р.Тальдаев, Д.В.Тыц, А.К.Фомин, А.Г.Харитонов, Г.Е.Шмелев

Эксперимент по поиску электрического дипольного момента нейтрона является одним из наиболее прецизионных экспериментов в физике и отражает результат 50-летних усилий экспериментаторов. Настоящий экспериментальный предел на электрический дипольный момент нейтрона составляет 6,3·10^-26 е·см (90%). Тем не менее, улучшение чувствительности ЭДМ-эксперимента в настоящее время является как никогда ранее актуальным. Многие из предложенных теорий CP-нарушения уже отвергнуты настоящим пределом на ЭДМ нейтрона, но сегодня уже имеется новый класс моделей, которые предсказывают ЭДМ нейтрона в пределах чувствительности новых экспериментов.

Один из наиболее элегантных путей объяснения СР-нарушения в системе нейтральных К-мезонов состоит в постулировании ненулевого значения фазы в Кабибо-Кобаяши-Маскава матрице смешивания кварков в Стандартной Модели электрослабых взаимодействий. Такая фаза приводит к комплексному матричному элементу и поэтому нарушает СР- и Т- инвариантность. Предполагая, что значение фазы выводится из К-мезонной системы, можно получить в рамках Стандартной Модели СР-нарушения очень низкие значения для ЭДМ нейтрона d_n Ј 10^-31 е·см, которые недоступны современному эксперименту. Однако Стандартная Модель СР-нарушения не может объяснить барионную асимметрию Вселенной. Суперсимметричные теории с СР-нарушением дают нужное значение барионной асимметрии Вселенной и, с другой стороны, ЭДМ нейтрона в рамках SUSY должен быть 10^-26 - 10^-28 е·см. Таким образом, при торжестве суперсимметричных теорий имеется определенный шанс экспериментального обнаружения ЭДМ нейтрона. И наоборот, отсутствие ЭДМ нейтрона на указанном выше уровне снижает шансы найти суперсимметричные частицы на коллайдерах.

На реакторе ПИК планируется постановка нового эксперимента по поиску ЭДМ нейтрона. Увеличение чувствительности нового ЭДМ-спектрометра возможно благодаря более высокой плотности УХН и увеличению объема спектрометра. Схема экспериментальной установки показана на рис.1. Ультрахолодные нейтроны поступают в ловушки (12) ЭДМ-спектрометра по вертикальному нейтроноводу (14) через поляризатор (11). Нейтроны удерживаются в ловушке при закрытых клапанах (13), расположенных в заземленных электродах спектрометра.

На входе в спектрометр установлен клапан-распределитель (3), который обеспечивает режим напуска УХН в спектрометр или выпуска УХН на анализатор и детектор. Система анализа поляризации УХН позволяет регистрировать обе спиновые компоненты поляризации одновременно. УХН с одной спиновой компонентой проходят ферромагнитную пленку анализатора (2) и регистрируются детектором (1). УХН с другой спиновой компонентой отражаются от анализатора и регистрируются детектором (1ў).

Важной особенностью новой схемы является её многокамерность, которая позволяет не только увеличить статистическую точность измерений, но и подавить возможные систематические ошибки. Каждая пара камер имеет противоположные направления электрического поля, что подавляет однородные магнитные флуктуации. Противоположная полярность высоковольтного потенциала между соседними парами камер позволяет компенсировать в первом приближении неоднородные магнитные флуктуации. Наконец, между парами высоковольтных камер расположены камеры без электрического поля, которые позволяют вести контрольный эксперимент за всеми флуктуациями магнитного поля в ходе измерений. В целом такая схема значительно подавляет коррелированные изменения магнитного поля, связанные с токами утечки.

Для обеспечения высокой стабильности резонансных условий при проведении эксперимента планируется использовать 16 Cs-магнетометров, которые будут размещены по всему объему вакуумной камеры спектрометра и которые будут генерировать необходимую частоту для нейтронного резонанса.

Проведенные оценки показывают, что при плотности УХН на реакторе ПИК 100-150 см^-3 предложенная схема эксперимента позволит достигнуть точности измерений 1,5·10^-27 е·см. Достижение такой точности измерений является исключительно важным для ЭДМ-эксперимента и суперсимметричных теорий СР-нарушения.

Схема размещения ЭДМ-спектрометра на реакторе ПИК и конструкция внутренней части спектрометра представлены на рис. 2 и 3.

Рис. 1. Схема ЭДМ-спектрометра для реактора ПИК.

1 и 1ў - детекторы УХН, 2 - анализатор, 3 - клапан-распределитель, 4 - магнитные экраны, 5 - заземленный электрод, 6 - канал для магнетометров, 7 - радиочастотные катушки, 8 - изолятор ловушки УХН, 9 - высоковольтные электроды, 10 - вакуумная камера с катушкой постоянного магнитного поля, 11 - поляризатор, 12 - ловушка УХН, 13 - клапан ловушки УХН, 14 - вертикальный нейтроновод.