न्यूट्रॉन विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण

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न्यूट्रॉन विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (एनईडीएम), dn निरूपित, न्यूट्रॉन के अंदर धनात्मक और ऋणात्मक आवेश के वितरण का माप है। एक परिमित विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण केवल तभी उपस्थित हो सकता है जब कण के अंदर ऋणात्मक और धनात्मक आवेश वितरण के केंद्र मेल नहीं खाते हों। अभी तक कोई न्यूट्रॉन ईडीएम नहीं मिला है। dn के लिए (0.0±1.1)×10−26 e⋅cm वर्तमान सर्वोत्तम मापा सीमा है।[1]


सिद्धांत

विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण के कारण समता (P) और समय-उत्क्रमण (T) का उल्लंघन

एक मौलिक कण का एक स्थायी विद्युत द्विध्रुव क्षण अनुपात (भौतिकी) (P) और T-समरूपता (T) दोनों का उल्लंघन करता है। न्यूट्रॉन के न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षण और काल्पनिक विद्युत द्विध्रुवीय क्षण की जांच करके इन उल्लंघनों को समझा जा सकता है। समय उत्क्रमण के अनुसार, चुंबकीय क्षण अपनी दिशा बदलता है, जबकि विद्युत द्विध्रुवीय क्षण अपरिवर्तित रहता है। समता के अनुसार, विद्युत द्विध्रुवीय क्षण अपनी दिशा बदलता है लेकिन चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण अपनी दिशा नहीं बदलता है। चूंकि P और T के अनुसार परिणामी प्रणाली प्रारंभिक प्रणाली के संबंध में सममित नहीं है, ईडीएम के अस्तित्व की स्तिथि में इन समरूपताओं का उल्लंघन किया जाता है। [[सीपीटी समरूपता]] होने के कारण, संयुक्त समरूपता सीपी-समरूपता का भी उल्लंघन होता है।

मानक प्रतिरूप भविष्यवाणी

जैसा कि ऊपर दर्शाया गया है, एक गैर-शून्य एनईडीएम उत्पन्न करने के लिए सीपी समरूपता का उल्लंघन करने वाली प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। शक्तिहीन अंतःक्रियाओं में सीपी उल्लंघन देखा गया है और सीकेएम आव्यूह में सीपी-उल्लंघन चरण के माध्यम से कण भौतिकी के मानक प्रतिरूप में सम्मिलित है। हालाँकि, CP उल्लंघन की मात्रा बहुत कम है और इसलिए एनईडीएम में योगदान भी: |dn| ~ 10−31 e⋅cm है।[2]


पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता

Main article: बैरियोजेनेसिस

समष्टि में पदार्थ और प्रतिद्रव्य के बीच विषमता से, किसी को संदेह है कि सीपी-उल्लंघन की एक बड़ी मात्रा होनी चाहिए। मानक प्रतिरूप द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में बहुत अधिक स्तर पर एक न्यूट्रॉन वैद्युत द्विध्रुवीय पल को मापने से सीधे इस संदेह की पुष्टि होगी और सीपी-उल्लंघन प्रक्रियाओं की हमारी समझ में सुधार होगा।

शक्तिशाली सीपी समस्या

Main article: सीपी-उल्लंघन

जैसा कि न्यूट्रॉन क्वार्क से बना है, यह शक्तिशाली अंतःक्रियाओं से उपजी सीपी उल्लंघन के लिए भी अतिसंवेदनशील है। परिमाण क्रोमोडायनामिक - शक्तिशाली बल का सैद्धांतिक विवरण - स्वाभाविक रूप से एक शब्द सम्मिलित है जो सीपी-समरूपता को तोड़ता है। इस शब्द की ताकत कोण θ की विशेषता है। एनईडीएम पर वर्तमान सीमा इस कोण को 10−10 रेडियन से कम होने के लिए विवश करती है। कोण θ की यह सूक्ष्म समस्वरण (भौतिकी), जो स्वाभाविक रूप से क्रम 1 होने की अपेक्षा है, शक्तिशाली सीपी समस्या है।

एसयूएसवाई सीपी समस्या

मानक प्रतिरूप के लिए अति सममित विस्तारण, जैसे न्यूनतम अति सममित मानक प्रतिरूप, सामान्यतः ये बड़े सीपी-उल्लंघन का कारण बनते हैं। न्यूट्रॉन ईडीएम के लिए विशिष्ट भविष्यवाणियों के बीच सिद्धांत सीमा 10−25 e⋅cm और 10−28 e⋅cm से उत्पन्न होता है।[3][4] जैसा कि शक्तिशाली पारस्परिक प्रभाव की स्तिथि में, न्यूट्रॉन ईडीएम की सीमा पहले से ही सीपी उल्लंघन करने वाले चरणों को बाधित कर रही है। सूक्ष्म समस्वरण, हालांकि, अभी तक उतनी गंभीर नहीं है।

प्रायोगिक तकनीक

न्यूट्रॉन ईडीएम को निकालने के लिए, एक समानांतर और प्रतिसमांतर समानांतर चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों की उपस्थिति में न्यूट्रॉन स्पाइन (भौतिकी) के लार्मर पुरस्सरण को मापता है। दो स्तिथियों में से प्रत्येक के लिए पूर्वसर्ग आवृत्ति द्वारा दिया गया है

,

चुंबकीय क्षेत्र के चारों ओर चुंबकीय क्षण के पुरस्सरण और विद्युत क्षेत्र के चारों ओर विद्युत द्विध्रुवीय क्षण के पुरस्सरण से उपजी आवृत्तियों का जोड़ या घटाव होता है। उन दो आवृत्तियों के अंतर से आसानी से न्यूट्रॉन ईडीएम का एक उपाय प्राप्त होता है:

प्रयोग की सबसे बड़ी चुनौती (और साथ ही सबसे बड़े व्यवस्थित झूठे प्रभावों का स्रोत) यह सुनिश्चित करना है कि इन दो मापों के उपरान्त चुंबकीय क्षेत्र नहीं बदलता है।

इतिहास

पीएसआई में एनईडीएम सहयोग द्वारा नवीनतम सर्वोत्तम परिणाम सहित न्यूट्रॉन ईडीएम सीमाओं का इतिहास।[1]मानक प्रतिरूप से उपजी भविष्यवाणी भी इंगित की गई है।

न्यूट्रॉन के विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण की खोज करने वाले पहले प्रयोगों ने मापन करने के लिए न्यूट्रॉन तापमान (और बाद में न्यूट्रॉन तापमान) न्यूट्रॉन की किरण का उपयोग किया था। इसका आरम्भ 1951 में (और 1957 में प्रकाशित) जेम्स एच. स्मिथ (भौतिक विज्ञानी), एडवर्ड मिल्स परसेल, और नॉर्मन फोस्टर रैमसे, जूनियर द्वारा ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला में प्रयोग के साथ हुआ था। ओआरएनएल के ग्रेफाइट प्रतिघातक (क्योंकि तीन शोधकर्ता हार्वर्ड विश्वविद्यालय से थे, इस प्रयोग को ओआरएनएल/हार्वर्ड या कुछ समान कहा जाता है, इस खंड में चित्र देखें), की सीमा |dn| < 5×10−20 e⋅cm प्राप्त करता है। [5][6] एनईडीएम प्रयोगों के लिए 1977 तक न्यूट्रॉन की किरण का उपयोग किया गया था। इस बिंदु पर, किरण में न्यूट्रॉन के उच्च वेग से संबंधित व्यवस्थित प्रभाव दुरूह हो गए। न्यूट्रॉन किरण के साथ प्राप्त अंतिम सीमा की मात्रा |dn| < 3×10−24 e⋅cm होती है।[7]

उसके बाद, अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन (यूसीएन) के साथ प्रयोग हुए। इसका आरम्भ 1980 में एक प्रयोग के साथ हुआ था लेनिनग्राद परमाणु भौतिकी संस्थान [ru] (LNPI) की सीमा |dn| < 1.6×10−24 e⋅cm प्राप्त करता है।[8] यह प्रयोग और विशेष रूप से इंस्टीट्यूट लाउ-लैंगविन (ILL) में 1984 में प्रारम्भ होने वाले प्रयोग ने 2006 में संशोधित, 2006 में सर्वोत्तम ऊपरी सीमा प्रदान करने वाले परिमाण के एक और दो अनुक्रम द्वारा सीमा को नीचे धकेल दिया।

इन 70 वर्षों के प्रयोगों के उपरान्त, परिमाण के छह क्रमों को सम्मिलित किया गया है, जिससे सैद्धांतिक प्रतिरूपों पर कठोर प्रतिबंध लगाए गए हैं।[9]

|dn| < 1.8×10−26 e⋅cm की नवीनतम सर्वोत्तम सीमा को पॉल शेरर संस्थान (PSI) में एनईडीएम सहयोग द्वारा 2020 में प्रकाशित किया गया है।[1]


वर्तमान प्रयोग

वर्तमान में, न्यूट्रॉन ईडीएम पर संवेदनशीलता के साथ वर्तमान सीमा (या पहली बार मापन) में सुधार करने के उद्देश्य से कम से कम छह 10−28 e⋅cm प्रयोग हैं। अगले 10 वर्षों में, जिससे अति सममित विस्तारण से लेकर मानक प्रतिरूप तक आने वाली भविष्यवाणी की सीमा को आच्छादित किया जा सके।

  • एनईडीएम सहयोग का एन2ईडीएम [10] पॉल शेरर संस्थान में यूसीएन स्रोत पर निर्माणाधीन है।[10] फरवरी 2022 में पीएसआई में उपकरण स्थापित किया जा रहा था, और 2022 के अंत में न्यूट्रॉन के साथ चालू होने की अपेक्षा थी। [11] संचालन के 500 दिनों के बाद उपकरण की संवेदनशीलता तक पहुँचने की अपेक्षा 10−27 e⋅cm है।[12]
  • ट्राइंफ में निर्माणाधीन यूसीएन एनईडीएम प्रयोग। [13]
  • एनईडीएम@एसएनएस समुत्खंडन न्यूट्रॉन उद्गम पर निर्माणाधीन (2022 तक) प्रयोग है। [14][15][16]
  • पीएनपीआई एनईडीएम प्रयोग संस्थान लाउ-लैंगविन में परिचालन अनुमोदन की प्रतीक्षा कर रहा है। [17]
  • लाउ-लैंगविन संस्थान में पैनईडीएम प्रयोग बनाया जा रहा है। [18]
  • निम्नतापी न्यूट्रॉन ईडीएम प्रयोग लाउ-लैंगविन संस्थान में बंद हो गया[19] *
    "एनईडीएम" redirects here. For ससेक्स प्रयोग, see ससेक्स/आरएएल/आईएलएल न्यूट्रॉन ईडीएम प्रयोग.

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Abel, C.; et al. (2020). "Measurement of the Permanent Electric Dipole Moment of the Neutron". Physical Review Letters. 124 (8): 081803. arXiv:2001.11966. Bibcode:2020PhRvL.124h1803A. doi:10.1103/PhysRevLett.124.081803. PMID 32167372.
  2. ↑ Dar, S. (2000). "The Neutron EDM in the SM : A Review". arXiv:hep-ph/0008248.
  3. ↑ Abel, S.; Khalil, S.; Lebedev, O. (2001). "EDM constraints in supersymmetric theories". Nuclear Physics B. 606 (1–2): 151–182. arXiv:hep-ph/0103320. Bibcode:2001NuPhB.606..151A. doi:10.1016/S0550-3213(01)00233-4. S2CID 14168743.
  4. ↑ Pospelov, M.; Ritz, A. (2005). "Electric dipole moments as probes of new physics". Annals of Physics. 318 (1): 119–169. arXiv:hep-ph/0504231. Bibcode:2005AnPhy.318..119P. doi:10.1016/j.aop.2005.04.002. S2CID 13827759.
  5. ↑ Smith, J.H.; Purcell, E.M.; Ramsey, N.F. (1957). "न्यूट्रॉन के विद्युत द्विध्रुवीय क्षण की प्रायोगिक सीमा". Physical Review. 108 (1): 120–122. Bibcode:1957PhRv..108..120S. doi:10.1103/PhysRev.108.120.
  6. ↑ "Early Fundamental Neutron Experiments at ORNL – ORNL | nEDM".
  7. ↑ Dress, W.B.; et al. (1977). "Search for an electric dipole moment of the neutron". Physical Review D. 15 (1): 9–21. Bibcode:1977PhRvD..15....9D. doi:10.1103/PhysRevD.15.9.
  8. ↑ Altarev, I.S.; et al. (1980). "अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन का उपयोग करके न्यूट्रॉन के विद्युत द्विध्रुवीय क्षण की खोज". Nuclear Physics A. 341 (2): 269–283. Bibcode:1980NuPhA.341..269A. doi:10.1016/0375-9474(80)90313-9.
  9. ↑ Ramsey, N.F. (1982). "कणों के विद्युत-द्विध्रुवीय क्षण". Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 32 (1): 211–233. Bibcode:1982ARNPS..32..211R. doi:10.1146/annurev.ns.32.120182.001235.
  10. ↑ 10.0 10.1 nEDM Collaboration at PSI Website: https://www.psi.ch/nedm/
  11. ↑ "CNRS movie on n2EDM | UCN Physics | Paul Scherrer Institut (PSI)". 23 February 2022.
  12. ↑ Ayres, N. J.; et al. (2021). "The design of the n2EDM experiment". The European Physical Journal C. 81 (6): 512. arXiv:2101.08730. Bibcode:2021EPJC...81..512A. doi:10.1140/epjc/s10052-021-09298-z. PMC 8550164. PMID 34720721.
  13. ↑ TRIUMF Ultracold Neutron Source
  14. ↑ "nEDM Experiment at the Spallation Neutron Source".
  15. ↑ Ahmed, M.W. (2019). "न्यूट्रॉन इलेक्ट्रिक डिपोल मोमेंट की खोज के लिए एक नया क्रायोजेनिक उपकरण". Journal of Instrumentation. 14 (11): P11017. arXiv:1908.09937. Bibcode:2019JInst..14P1017A. doi:10.1088/1748-0221/14/11/P11017. S2CID 201646389.
  16. ↑ https://nedm.ornl.gov/
  17. ↑ nrd.pnpi.spb.ru Neutron EDM page
  18. ↑ Wurm, D.; et al. (2019). "आईएलएल में पैनईडीएम न्यूट्रॉन इलेक्ट्रिक डीपोल पल प्रयोग". EPJ Web Conf. 219: 02006. arXiv:1911.09161. Bibcode:2019EPJWC.21902006W. doi:10.1051/epjconf/201921902006. S2CID 208202103.
  19. ↑ "hepwww.rl.ac.uk क्रायोजेनिक ईडीएम". Archived from the original on 2012-02-16. Retrieved 2009-01-22.
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