เป็นเวลากว่า 60 ปีที่นักฟิสิกส์ได้ค้นหาการแยกประจุขนาดเล็กภายในนิวตรอนที่เรียกว่าโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า การค้นหา “EDM นิวตรอน” นี้จะเป็นการค้นพบครั้งสำคัญ ส่วนหนึ่งอาจเป็นเพราะสามารถช่วยอธิบายได้ว่าทำไมสสารในจักรวาลจึงไม่ถูกทำลายล้างไปพร้อมกับปฏิสสารในยามรุ่งอรุณ ในขณะนี้ไดโพลนี้ยังคงเป็นสมมุติฐาน แต่ผลลัพธ์ใหม่ที่ได้รับหลังจากการสังเกตการณ์นิวตรอนเย็นอย่างอุตสาหะทำให้เรามีความคิดที่ดีขึ้นว่ามันจะต้องมีขนาดเล็กเพียงใด
โดยลดขีดจำกัดบนก่อนหน้านี้ลง 40% ( arXiv:2001.11966 )
แม้ว่านิวตรอนจะไม่มีประจุทั้งหมด แต่ปัญหาที่นักฟิสิกส์ทำให้งงงันมานานแนะนำว่าอนุภาคยังคงมีพื้นที่ที่เป็นบวกเล็กน้อยและอีกส่วนที่เป็นลบเล็กน้อย ปัญหานั้นคือความไม่สมดุลของสสารและปฏิสสารในจักรวาล ความไม่สมดุลสามารถอธิบายได้ผ่านการดำรงอยู่ของกระบวนการที่ละเมิดสิ่งที่เรียกว่าสมมาตร conjugation parity (CP) แต่การละเมิดดังกล่าวภายในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคนั้น จำกัด เกินไปที่จะอธิบายการครอบงำของสสารที่เราเห็นรอบตัวเราอย่างท่วมท้น .
ชี้ทาง
ตามที่Dave Wark จาก University of Oxfordในสหราชอาณาจักรซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานล่าสุด EDM นิวตรอนจะเป็น “ป้ายบอกทาง” ของฟิสิกส์ใหม่นอกเหนือจาก Standard Model ที่อาจอธิบายถึงความไม่สมดุลของสสารและปฏิสสาร นั่นเป็นเพราะปรากฏการณ์จะละเมิดสมมาตรชั่วขณะ (T) และในทางกลับกัน CP-symmetry (CPT ที่รวมกันเป็นค่าคงที่) ในขณะที่โมเมนต์แม่เหล็กสปินของนิวตรอนจะเปลี่ยนไปเมื่อกระแสของเวลากลับด้าน แต่ EDM หากมีอยู่ก็จะไม่เกิด – หมายความว่าความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงภายใต้การพลิกกลับดังกล่าว (สิ่งนี้ก็เป็นจริงสำหรับอนุภาคอื่นๆ ด้วย และแท้จริงบางกลุ่มกำลังไล่ล่า EDM อิเล็กตรอนที่เป็นไปได้)
ในการค้นหาปรากฏการณ์สมมุติเล็กๆ นักฟิสิกส์อาศัยข้อเท็จจริงที่ว่า EDM จะทำให้แกนหมุนของนิวตรอนหมุนเมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้า ในการเลือกการหมุนนี้ ก่อนอื่นให้วางนิวตรอนในสนามแม่เหล็กคงที่ ซึ่งทำให้แกนหมุนหมุนเอง จากนั้นจึงวัดความถี่การเคลื่อนตัวของอนุภาคและทำอีกครั้งหลังจากใช้สนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ หากนิวตรอนมี EDM จริงๆ ความถี่พรีเซสชั่นของพวกมันควรเลื่อนไปตามความแรงของสนามไฟฟ้า
การทดลองสมัยใหม่ใช้สิ่งที่เรียกว่านิวตรอน
“เย็นจัด” สิ่งเหล่านี้มีพลังงานต่ำมากจนความยาวคลื่นเดอบรอกลีของพวกมันยาวกว่าระยะห่างระหว่างอะตอมมาก ทำให้พวกมันถูกกักขังอยู่ในภาชนะวัสดุในระยะเวลาที่ค่อนข้างนาน – โดยทั่วไปจะใช้เวลาหลายนาที สิ่งนี้จะเพิ่มความไวในการทดลอง การวัดที่แม่นยำที่สุดจนถึงปัจจุบันโดยใช้นิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ที่Institut Laue–Langevin (ILL) ใน Grenoble ประเทศฝรั่งเศส
ในปี 2549 นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งจาก ILL และ University of Sussex และ Rutherford Appleton Laboratory ในสหราชอาณาจักรรายงานว่าขีดจำกัดสูงสุดของ EDM อยู่ที่ 2.9 × 10 -26 eซม. ผลลัพธ์นั้นได้รับการแก้ไขเล็กน้อยในปี 2558 – 3.0 × 10 -26 eซม. – หลังจากการวิเคราะห์ข้อมูลโดยละเอียดยิ่งขึ้นโดยกลุ่มนักวิจัยขนาดใหญ่
งานวิจัยล่าสุดดำเนินการโดยความร่วมมือระหว่างยุโรปกับGuillaume Pignolแห่งมหาวิทยาลัย Grenoble และPhilipp Schmidt-Wellenburgจากสถาบัน Paul Scherrer ใกล้เมืองซูริค กลุ่มใหม่นี้นำเครื่องมือจำนวนมากจากงานก่อนหน้านี้กลับมาใช้ใหม่ ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิห้อง แต่คราวนี้เอานิวตรอนจากแหล่งกำเนิดการแตกตัวที่สถาบันPaul Scherrer นอกจากนี้ยังช่วยลดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบได้มากขึ้นอีกด้วย
นิวตรอนเย็นจัดทำให้เกิดการหมุนใหม่ในการวัดไดโพลนิวตรอน
เช่นเดียวกับกรณีก่อนหน้านี้ นักวิจัยเก็บนิวตรอนไว้ในห้องที่มีอะตอมของไอปรอท โดยการวัดอัตราส่วนของความถี่พรีเซสชั่นของอนุภาคทั้งสองประเภท พวกมันสามารถตัดผลกระทบจากความผันผวนใดๆ ในสนามแม่เหล็กภายนอกได้เป็นส่วนใหญ่ แต่เพียงเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาสามารถเข้าใจและควบคุมสนามแม่เหล็กได้มากที่สุด พวกเขายังได้ติดตั้งชุดเครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กซีเซียมด้านบนและด้านล่างของห้อง Pigolol, Schmidt-Wellenburg และเพื่อนร่วมงานสามารถลดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบได้ห้าเท่าเมื่อเทียบ กับผลลัพธ์ใน ปี2015 รวบรวมข้อมูลระหว่างปี 2015 ถึง 2016 และดำเนินการวิเคราะห์ข้อมูลแบบ blind data หลายชุด ได้พิจารณาขีดจำกัดบนใหม่ที่ต่ำกว่าสำหรับ EDM นิวตรอน 1.8 × 10 -26 eซม.
ก้าวข้ามขีดจำกัด
นักวิจัยได้พัฒนาการทดลองแบบแช่แข็ง แนวคิดคือการทำให้นิวตรอนเย็นลงโดยกระจัดกระจายออกจากอะตอมของฮีเลียมเหลวที่เป็นซุปเปอร์ฟลูอิด เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของนิวตรอนที่เย็นจัดเป็นพิเศษ รวมทั้งช่วยให้เก็บได้นานขึ้นและสนามไฟฟ้าสูงขึ้น Wark กล่าวว่าวิธีการนี้สามารถให้ความไวสูงกว่าที่เป็นได้ในขณะนี้หลายร้อยเท่า โดยเขากล่าวเสริมว่าข้อผิดพลาดที่เป็นระบบสามารถควบคุมได้ “ถึงระดับที่น่าทึ่งเช่นนี้” Wark เสริมว่ากลุ่ม ILL ได้ติดตั้งการทดลองดังกล่าว แต่ “ไม่สามารถให้ส่วนต่างๆ ทั้งหมดทำงานพร้อมกันได้นานพอที่จะทำการวัดที่ละเอียดอ่อน”
ทีมงานของ Kauch เริ่มศึกษา excitons โดยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของวัสดุที่ “มีความสัมพันธ์อย่างแน่นแฟ้น” ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์รุนแรงระหว่างอิเล็กตรอน ซึ่งต่างจากเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งในตอนแรกมีแถบวาเลนซ์เติมและแถบการนำไฟฟ้าที่ว่างเปล่า วัสดุที่มีความสัมพันธ์อย่างแน่นหนาจะมีแถบการนำไฟฟ้าแบบครึ่งเติม ซึ่งหมายความว่าพฤติกรรมของพวกมันถูกครอบงำด้วยความผันผวนใน “คลื่นความหนาแน่นของประจุ” – โซ่เส้นตรงของเฟอร์มิออนซึ่งก่อตัวเป็นคลื่นนิ่ง
การหมุนย้อนกลับ
นักวิจัยหวังที่จะศึกษาลักษณะเฉพาะของการก่อตัวของ exciton ในวัสดุเหล่านี้ แต่ที่น่าแปลกใจก็คือ การจำลองดูเหมือนจะให้ผลเป็น quasiparticle ชนิดใหม่ทั้งหมด Kauch และเพื่อนร่วมงานค้นพบว่าเมื่อถูกกระตุ้นด้วยโฟตอน คู่อิเล็กตรอน-รูสองคู่จะถูกผูกเข้าด้วยกันโดยความผันผวนของคลื่นความหนาแน่นของประจุของวัสดุ ซึ่งกลับด้าน 180° หรือ π rad ที่จุดขัดแตะคริสตัลแต่ละจุด พฤติกรรมนี้นำไปสู่ข้อเสนอของ quasiparticle ใหม่โดยตรง ซึ่งทีมงานได้ขนานนามว่า π-ton
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com
