Поиск ЭДМ нейтрона кристалл-дифракционным методом В В Воронин

Поиск ЭДМ нейтрона кристалл-дифракционным методом В. В. Воронин 1, 2, 3, Ю. П. Брагинец1, 2, Е. О. Вежлев 1, 2, И. А. Кузнецов 1, Е. Г. Лапин 1, М. В. Ласица 1, 2, С. Ю. Семенихин 1, В. В. Федоров 1, 2, 3 1 Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова Санкт-Петербургский государственный политехнический университет 3 Санкт-Петербургский государственный университет 2 PHCИ-KC 2014

ЭДМ нейтрона е – заряд электрона, d – вектор, соединяющий центры шариков и направленный от положительного заряда к отрицательному.

ЭДМ и нарушение СР-симметрии Не нулевой ЭДМ требует одновременное нарушение временной (Т) и пространственной (Р) инвариантностей, а в силу СРТ-теоремы и СРинвариантности.

Барионная асимметрия Вселенной § 1967 г. А. Д. Сахаров ввел три условия возникновения Вселенной: n существует взаимодействие, не сохраняющее барионное число n существует взаимодействие, нарушающее СРинвариантность n отсутствует термодинамическое равновесие при расширении

Начало поиска ЭДМ нейтрона n 1950 г. – Парселл и Рамзей анализируя работы о нейтронэлектронному взаимодействию предположили существования ЭДМ у нейтрона порядка 3· 10 -18 е·см. n 1951 г. – Смит, Парселл и Рамзей первый эксперимент D < 5· 1020 е·см. n 1957 г. – группа Ву обнаружили нарушение пространственной четности предсказанное Ли и Янгом. § 1964 г. непосредственное обнаружение нарушения СРсимметрии в распаде нейтрального К-мезона. § 2004 г. Belle, Ba. Bar обнаружение нарушения СР-симметрии в распаде нейтрального В-мезона.

ПИЯФ Холодные нейтроны, проточный вариант установки УХН, накопительный вариант установки

Эксперименты по поиску ЭДМ на УХН ILL, Sussex, RAL ПИЯФ 1995 г. D < 9, 7· 10 -26 е·см, ~ 100 с, E=15 к. В/см. 2006 г. D < 2, 9· 10 -26 е·см, ~ 150 с, E=10 к. В/см. Phys. Lett. , 2006, v. 97, 131801 Phys. Lett. , 1996, v. 59, pp. 1204 -1224

Чувствительность к ЭДМ Для УХН Для кристалл-дифракционного метода E ~ 10 к. В/см ~ 1000 с E ~ (108 -109) В/см, а~ 0. 01 с (поглощение) Максимальная чувствительность Чувствительность метода к ЭДМ Е ~ 107(B·c)/см Достигнутая Е ≈ 106 (В·с)/см

Кристалл-дифракционный метод + “ядерные” плоскости “электрические” плоскости k L g max |ψ(1)|2 max |ψ(2)|2 k+g Проходя через нецентросимметричный кристалл нейтрон оказывается под действием сильных 108 -109 В/см межплоскостных электрических полей противоположного знака ± Е. Е

Основная идея эксперимента кварцевый кристалл-отражатель T=T 0 T PG (002) R» 50% плоскость (110) Детектор - где Т – коэффициент теплового расширения кварца в направлении перпендикулярном отражающим плоскостям. + +0. 8· 108 В/см -E T=T 0 +E Теория рабочий кристалл кварца пучок нейтронов Отметим, что при угле дифракции /2, E||vn Hs~[E×vn]≈0 - 0. 8· 108 В/см

Тестовый кристалл-дифракционный эксперимент (ПИЯФ, ILL) монитор поглотитель сверхпроводящий экран (110) плоскость поглотитель T=T 0 Т PG (002) (R~50%) выходной нутатор входной нутатор T=T 0 SM поляризатор PF 1 b (110) плоскость H L» 0 3 He ячейка Z EnE 0 -E -PD X двухкристальный монохроматор PG Каземат Чувствительность к ЭДМ в тестовом эксперименте 1. 6 10 -23 е см/сутки (dn=(2. 5 ± 6. 5)10 -24 e см. )

Тестирование кристаллов кварца Отобраны кристаллы суммарным размером 105 x 100 x 500 мм 3 (15 кристаллов 35 х100 мм 3) и разбросом межплоскостного расстояния d/d~ 4 10 -6

Кристаллодержатель Водяной термостат стабилизация температуры ~ 0, 010 C

CRYOPAD для ЭДМ эксперимента n Внутренний диаметр – 642 x 256 мм n Размер входного и выходного окна 120 х120 мм 2 n Входное и выходное окна плоскопараллельны другу с точностью не хуже ~10 -3 рад n Точность и однородность поворота поляризации по всей апертуре пучка должны быть не хуже ~10 -3 рад n Остаточные магнитные поля n Время стабилизации σd~3 10 -25 e cм/сутки

Многощелевой SM поляризатор на основе Fe/Si. Nx зеркал детектор спин-флиппер Многощелевой SM поляризатор на основе Fe/Si. Nx зеркал без поглощающей подложки, m=3 σd~1. 8 10 -25 e cм/сутки P. Hoghoj, I. Anderson, K. Ben-Saidane, W. Graf Neutron polarizing Fe/Si. Nx mirrors at ILL

Параметры нецентросимметричных кристаллов Crystal Symmetry group hkl d, (Å) E g, 108 V/cm a, ms E g a, (k. V s/cm) -quartz (Si. O 2) 32(D 63) 111 2. 236 2. 3 1 230 110 2. 457 2. 0 Bi 12 Si. O 20 I 23 433 1. 75 4. 3 444 1. 46 4. 65 433 1. 74 4. 65 444 1. 46 4. 8 002 2. 94 10. 4 004 1. 47 10 011 2. 06 5. 4 201 1. 13 6. 5 Bi 12 Ge. O 20 Pb. O Be. O I 23 P c a 21 6 mm 200 4 1720 1860 1 465 480 1 1040 1000 7 3700 4500

Накопительный вариант установки для импульсного источника нейтронов T=T 0 T Брэгговская ширина t=0 Время прохождения импульса через кристалл и обратно 0

Заключение n Использование кристаллов кварца суммарным размером 105 х100 х500 мм 3 и CRYOPAD c плоскопараллельными входным и выходным окном позволяет достичь чувствительности ~3 10 -25 e cм/сутки n Использование многощелевого SM поляризатора на основе Fe/Si. Nx зеркал без поглощающей подложки ~1. 8· 10 -25 e см/сутки n Дальнейшее усовершенствование метода может быть связанно с использованием других нецентросимметричных кристаллов и накопительного варианта установки позволит достичь чувствительности на уровне ~2 10 -26 e cм/сутки