Нейтронная сага
Исследователи Института ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН (Санкт-Петербург) получили некоторые подтверждения рабочей гипотезы зарождения и строения Вселенной.
Новые измерения времени жизни нейтрона, выполненные с большой точностью (0,1%), «устраняют имевшиеся ранее противоречия, и дают совпадение с предсказаниями Стандартной Модели». Кроме того, полученное значение времени жизни нейтрона «лучше описывает процесс первичного нуклеосинтеза при формировании Вселенной». Об этом рассказал на последнем заседании Президиума РАН доктор физ-мат наук Анатолий Серебров (Институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН – ПИЯФ).
Напомним, что под Стандартной Моделью элементарных частиц сегодня понимают теорию, описывающую электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц, и то, как образуется материя, из которой состоит Вселенная.
Новые данные о времени жизни нейтрона, которая оказалась равна 878 +-0,8 сек , были получены в эксперименте с ультрахолодными нейтронами совместно с Объединенным институтом ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна). Анатолий Серебров описал эксперимент следующим образом. Нейтронный ультрахолодный газ (нейтроны с исключительно низкой энергией ≈10-7 эВ) захватывается в ловушку (сферу с окном и горизонтальной осью для вращения) простым поворотом ловушки вокруг горизонтальной оси. В результате нейтроны с кинетической энергией меньшей, чем потенциальная энергия в гравитационном поле Земли, удерживаются в ловушке. Потом ловушка переворачивается отверстием вниз, нейтроны «вытекают» на детектор и таким образом измеряется количество нейтронов, остававшихся в ловушке. Операция повторяется для разных времен удержания и таким образом измеряется экспонента распада нейтрона.
Последующие измерения с магнитной ловушкой ультрахолодных нейтронов, также выполненные в ПИЯФ им. Б.П. Константинова РАН, дали тот же результат для времени жизни нейтрона (878 ±1,8 сек), что и с гравитационной ловушкой.
В 2007 году с помощью ультрахолодных нейтронов были проверены также некоторые теоретические гипотезы о возможности переходов нейтрона в так называемый зеркальный нейтрон – гипотетическую частицу. Такие частицы рассматриваются в качестве кандидатов на темную материю во Вселенной. Как сообщил докладчик, эти экспериментальные проверки «в определенной степени закрывают такие гипотезы».
Анатолий Серебров также рассказал, что не решена еще одна задача физики взаимодействия элементарных частиц – поиск электрического дипольного момента нейтрона. Электрический дипольный момент нейтрона может существовать «только благодаря нарушению принципа инвариантности по отношению к обращению времени» – СР нарушению. (То есть благодаря нарушению принципа, согласно которому любой физический процесс происходит точно так же, если его повторить через некоторый промежуток времени). Как пояснил докладчик, «проблема СР нарушения исключительно важна для нашего понимания мироздания», в частности того, как зарождалась Вселенная. Однако до сих пор электрический дипольный момент нейтрона не открыт, что связано с недостаточной точностью измерений, связанной с невысокой плотностью получаемого ультрахолодного нейтронного газа (УХН).
Значительное увеличение точности эксперимента может быть достигнуто с введением на реакторе ВВР-М в Гатчине нового высокоинтенсивного источника УХН. Анатолий Серебров представил проект такого источника, использующего сверхтекучий гелий при температуре 1,2 К. Ультрахолодные нейтроны, рождающиеся в сверхтекучем гелии, имеют весьма высокий выход, благодаря очень высокой прозрачности этой квантовой жидкости для нейтронов низких энергий. Расчеты показывают, что при реализации проекта вполне реально получить плотность УХН ~ 3x103 n/см3, т.е. в 100-500 раз больше, чем в настоящее время. По словам докладчика, реализация этого проекта позволит сделать в России лучший в мире источник ультрахолодных нейтронов.
При обсуждении доклада было отмечено недопустимо долгое строительство нового источника УХН, которое уже тянется десятки лет. Это особенно удручает, если вспомнить, что «80-90% публикаций об УХН принадлежит российским физикам», - сказал кандидат физ-мат наук Владимир Швецов (ОИЯИ, Дубна). Академик Жорес Алферов отметил, что «сейчас готовность объекта 70%. Но если мы даже закончим его в 2012 г., РАН не сможет сама содержать его».
На завершение строительства нового источника УХН требуется 6 млрд. рублей – это «только на голый реактор без инфраструктуры», как уточнил академик Александр Андреев. Президент РАН академик Юрий Осипов в заключение сказал: «Мы можем выйти на Президента РФ и Правительство. Но те деньги, которые выделят целевым образом на определенный объект, уменьшат средства академии на развитие других направлений исследований. Единственный выход – создать кооперацию внутри страны».
(См. также http://www.nkj.ru/news/10657/)
