Привет, друзья! Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии? Верна ли стандартная модель Вселенной? Как устроена темная материя?
Ответы на этот вопросы российские физики смогут найти, реализовав на комплексе NICA в Дубне эксперимент по поиску электрического дипольного момента.
Об этом рассказал один из основных участников эксперимента Алексей Мельников, младший научный сотрудник ИЯИ РАН и МФТИ.
Что такое ЭДМ?
— ЭДМ — одно из фундаментальных свойств материи, которое описывает распределение заряда внутри элементарной частицы.
Если частица имеет заряд, распределенный неравномерно, то можно ввести вектор, характеризующий величину и направление этого смещения. Это и есть электрический дипольный момент.
ЭДМ измеряют в особых единицах — заряд электрона на сантиметр. В теории он может быть присущ протонам, нейтронам, электронам и другим частицам, но его величина настолько мала, что до сих пор никому не удалось его измерить с достаточной точностью».
Как ЭДМ объясняет асимметрию Вселенной?
— Экспериментальное измерение ЭДМ частиц, например, могло бы объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, что противоречит текущим представлениям фундаментальной физики, предполагающим полную симметрию в происхождении вещества.
В работе Андрея Сахарова, посвященной барионной асимметрии Вселенной, предложено объяснение этой загадке, и связано оно именно с существованием ЭДМ. Его наличие объясняет преобладание материи над антиматерией.
Как ЭДМ связан с темной материей?
— ЭДМ может быть чувствителен к взаимодействиям частиц с аксионоподобной темной материей, поэтому, научившись его измерять, можно приблизиться к пониманию этой субстанции и открыть Новую физику.
Почему ЭДМ — ключ к пониманию мироздания?
— В целом различные теории предсказывают разную величину ЭДМ. По сути, нахождение этого значения в эксперименте станет ключом к пониманию, какая из них верная.
В частности, стандартная модель предсказывает, что электрический дипольный момент у частиц должен быть почти нулевым.
При этом новые гипотезы, такие как теория суперсимметрии, теории великого объединения или теории, связанные с дополнительными измерениями, предполагают, что он может быть значительно больше.
Если же ЭДМ будет иметь значение, которое не вписывается ни в одну из теорий, это также может привести к созданию Новой физики.
Какая нужна точность измерений?
— В мире исследователи достигли измерения ЭДМ с приближением порядка 10-25 е·см.
Однако, чтобы подтвердить или опровергнуть фундаментальные теории, нужна точность порядка 10-30 е·см, которую рассчитывают достичь благодаря реализации эксперимента на комплексе NICA.
Получить необходимые параметры можно за счет модификации ускорителя.
Как NICA поможет измерить ЭДМ?
— NICA представляет собой кольцо, где элементарные частицы разгоняются до околосветовых скоростей. Специальные магниты удерживают их, а также управляют их траекториями.
Обычно для измерения ЭДМ ученые используют методы, основанные на поведении спинов (собственных магнитных моментов) частиц в магнитных и электрических полях.
Один из них — метод frozen spin («замороженного спина»). В этом режиме спин частицы в каждый момент времени сонаправлен с ее импульсом. Это позволяет аннулировать влияние магнитного дипольного момента (МДМ) на спин, тем самым изолируя ЭДМ-сигнал.
Однако реализация метода замороженного спина потребовала бы построить новый специализированный ускоритель.
Чтобы сделать возможным измерение на существующем кольце, в частности NICA, исследователи предложили метод quasi-frozen spin («квази-замороженного спина»).
Он предполагает установку на пути пучков частиц так называемых фильтров Вина, которые компенсируют вращение спина, накопленное в магнитной арке.
Таким образом, происходит компенсация МДМ-вращения за полный оборот по кольцу, что позволяет измерять ЭДМ-сигнал.
Комплекс NICA, когда будет полностью запущен в эксплуатацию, станет ведущей в мире установкой по спиновой тематике, не имеющей аналогов.
Полная версия моего материала размещена в журнале «
За науку»