Ускоритель NICA и тайна электрического дипольного момента: эксперимент, который изменит физику

О чем речь?
Ученые из МФТИ и Института ядерных исследований РАН предложили эксперимент, который поможет ответить на один из ключевых вопросов фундаментальной физики — существует ли у элементарных частиц электрический дипольный момент (ЭДМ)? Если да, это может объяснить, почему в нашей Вселенной больше материи, чем антиматерии, и даже открыть путь к «Новой физике».
Эксперимент будет проведен на ускорительном комплексе NICA в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна). Методика исследования уже представлена в международном академическом журнале Physics of Atomic Nuclei.

Что такое электрический дипольный момент?
ЭДМ — это фундаментальное свойство материи, которое отражает неравномерное распределение заряда внутри частицы. Если у частицы есть ЭДМ, это означает, что её положительный и отрицательный заряды немного смещены относительно друг друга, создавая крошечное электрическое поле.
По предсказаниям Стандартной модели физики частиц, ЭДМ должен быть практически равен нулю. Однако более смелые теории, включая суперсимметрию и теории Великого объединения, допускают его существование. Если эксперимент подтвердит наличие ЭДМ, это будет сильным аргументом в пользу новых физических моделей, выходящих за пределы Стандартной модели.

NICA: как ускоритель поможет в поиске ЭДМ?
Эксперимент будет проведен на ускорительном комплексе NICA, где частицы разгоняются до околосветовых скоростей и удерживаются в кольцевом магнитном поле. Для измерения ЭДМ используется метод «замороженного спина» (frozen spin), при котором спин частицы остается сонаправленным с её движением, что позволяет минимизировать влияние магнитного дипольного момента (МДМ) и «увидеть» ЭДМ.
Однако реализация метода frozen spin требует создания нового специализированного ускорителя. Чтобы провести эксперимент на уже существующем комплексе NICA, ученые предложили инновационный метод «квази-замороженного спина» (quasi-frozen spin). В нем используются специальные «фильтры Вина», компенсирующие нежелательное вращение спина частиц в магнитных полях ускорителя.

Почему это важно?

Поможет понять, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Согласно гипотезе Андрея Сахарова, именно существование ЭДМ могло сыграть ключевую роль в нарушении симметрии материи и антиматерии после Большого взрыва.
Открывает новые горизонты в физике. Если ЭДМ будет найден и его величина окажется выше предсказанной Стандартной моделью, это станет подтверждением существования физики за её пределами.
Связь с темной материей. ЭДМ может оказаться чувствительным к взаимодействиям с аксионоподобной темной материей, что поможет приблизиться к разгадке природы этой таинственной субстанции.

Сегодня точность измерения ЭДМ составляет порядка 10⁻²⁵ e·см (электрон × сантиметр). Однако, чтобы подтвердить или опровергнуть фундаментальные теории, требуется достичь точности 10⁻³⁰ e·см. Эксперимент на NICA должен приблизить науку к этой цели.
По словам исследователей, NICA станет ведущей установкой в мире для спиновых исследований. Кроме того, такой подход значительно дешевле зарубежных мегапроектов, которые требуют строительства отдельных специализированных ускорителей.

Что дальше?

В марте 2024 года проект получил четырехлетний грант на разработку новых технологий для работы с поляризованными пучками в NICA. Следующий шаг — модернизация ускорителя и проведение первых экспериментов. Если ученым удастся зафиксировать ЭДМ, это станет научной сенсацией, способной изменить наше понимание Вселенной.

Источник: Ускоритель NICA поможет раскрыть загадку электрического дипольного момента — За науку