न्यूट्रॉन विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण

न्यूट्रॉन विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (nEDM), d निरूपितn, न्यूट्रॉन के अंदर धनात्मक और ऋणात्मक आवेश के वितरण का माप है। एक परिमित विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण केवल तभी मौजूद 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। डी के लिए वर्तमान सर्वोत्तम मापा सीमाn है $0.0 e⋅cm$.

सिद्धांत
एक मौलिक कण का एक स्थायी विद्युत द्विध्रुव क्षण समता (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 तहत, चुंबकीय क्षण अपनी दिशा बदलता है, जबकि विद्युत द्विध्रुवीय क्षण अपरिवर्तित रहता है। समता के तहत, विद्युत द्विध्रुवीय क्षण अपनी दिशा बदलता है लेकिन चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण नहीं। चूंकि पी और टी के तहत परिणामी प्रणाली प्रारंभिक प्रणाली के संबंध में सममित नहीं है, ईडीएम के अस्तित्व के मामले में इन समरूपताओं का उल्लंघन किया जाता है। सीपी[[टी समरूपता]] होने के कारण, संयुक्त समरूपता सीपी-उल्लंघन का भी उल्लंघन होता है।

मानक मॉडल भविष्यवाणी
जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, एक परिमित एनईडीएम उत्पन्न करने के लिए किसी को प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है जो सीपी उल्लंघन सीपी समरूपता। सीपी उल्लंघन कमजोर बातचीत में देखा गया है और कैबिबो-कोबायाशी-मास्कावा मैट्रिक्स मैट्रिक्स में सीपी-उल्लंघन चरण के माध्यम से मानक मॉडल में शामिल है। हालाँकि, CP उल्लंघन की मात्रा बहुत कम है और इसलिए nEDM में योगदान भी: $|d_{n}|$ ~ $e⋅cm$.

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

मजबूत सीपी समस्या
जैसा कि न्यूट्रॉन क्वार्क से बना है, यह मजबूत अंतःक्रियाओं से उपजी सीपी उल्लंघन के लिए भी अतिसंवेदनशील है। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स - मजबूत बल का सैद्धांतिक विवरण - स्वाभाविक रूप से एक शब्द शामिल है जो सीपी-समरूपता को तोड़ता है। इस शब्द की ताकत कोण θ की विशेषता है। एनईडीएम पर वर्तमान सीमा इस कोण को 10 से कम होने के लिए विवश करती है−10  कांति. यह फाइन-ट्यूनिंग (भौतिकी)|कोण θ की फाइन-ट्यूनिंग, जो स्वाभाविक रूप से क्रम 1 होने की उम्मीद है, मजबूत सीपी समस्या है।

सुसी सीपी समस्या
मानक मॉडल के लिए सुपरसिमेट्री एक्सटेंशन, जैसे न्यूनतम सुपरसिमेट्रिक मानक मॉडल, आम तौर पर बड़े सीपी-उल्लंघन का कारण बनते हैं। न्यूट्रॉन ईडीएम के लिए विशिष्ट भविष्यवाणियों के बीच सिद्धांत सीमा से उत्पन्न होता है 10−25 e⋅cm और 10−28 e⋅cm. जैसा कि मजबूत बातचीत के मामले में, न्यूट्रॉन ईडीएम की सीमा पहले से ही सीपी उल्लंघन करने वाले चरणों को बाधित कर रही है। फ़ाइन-ट्यूनिंग (भौतिकी) | फ़ाइन-ट्यूनिंग, हालांकि, अभी तक उतनी गंभीर नहीं है।

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


 * $$ h\nu = 2\mu_\text{n} B \pm 2d_\text{n} E $$,

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। उन दो आवृत्तियों के अंतर से आसानी से न्यूट्रॉन ईडीएम का एक उपाय प्राप्त होता है:


 * $$ d_\text{n} = \frac{h\,\Delta\nu}{4E} $$

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

इतिहास
न्यूट्रॉन के विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण की खोज करने वाले पहले प्रयोगों ने मापन करने के लिए न्यूट्रॉन तापमान (और बाद में न्यूट्रॉन तापमान) न्यूट्रॉन के बीम का उपयोग किया। इसकी शुरुआत 1951 में (और 1957 में प्रकाशित) जेम्स एच. स्मिथ (भौतिक विज्ञानी), एडवर्ड मिल्स परसेल, और नॉर्मन फोस्टर रैमसे, जूनियर द्वारा ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में प्रयोग के साथ हुई थी। ओआरएनएल के ग्रेफाइट रिएक्टर (क्योंकि तीन शोधकर्ता हार्वर्ड से थे) विश्वविद्यालय, इस प्रयोग को ओआरएनएल/हार्वर्ड या कुछ समान कहा जाता है, इस खंड में चित्र देखें), की सीमा प्राप्त करना $|d_{n}|$ < $5 e⋅cm$. nEDM प्रयोगों के लिए 1977 तक न्यूट्रॉन के बीम का उपयोग किया गया था। इस बिंदु पर, बीम में न्यूट्रॉन के उच्च वेग से संबंधित व्यवस्थित प्रभाव दुरूह हो गए। न्यूट्रॉन बीम के साथ प्राप्त अंतिम सीमा की मात्रा होती है $|d_{n}|$ < $3 e⋅cm$. उसके बाद, अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन (UCN) के साथ प्रयोग हुए। इसकी शुरुआत 1980 में एक प्रयोग के साथ हुई थी Leningrad Nuclear Physics Institute (LNPI) की सीमा प्राप्त करना $|d_{n}|$ < $1.6 e⋅cm$. यह प्रयोग और विशेष रूप से इंस्टीट्यूट लाउ-लैंगविन (ILL) में 1984 में शुरू होने वाले प्रयोग ने 2006 में संशोधित, 2006 में सर्वोत्तम ऊपरी सीमा प्रदान करने वाले परिमाण के एक और दो ऑर्डर द्वारा सीमा को नीचे धकेल दिया।

इन 70 वर्षों के प्रयोगों के दौरान, परिमाण के छह क्रमों को शामिल किया गया है, जिससे सैद्धांतिक मॉडलों पर कठोर प्रतिबंध लगाए गए हैं। की नवीनतम सर्वोत्तम सीमा $|d_{n}|$ < $1.8 e⋅cm$ को पॉल शेरर संस्थान (PSI) में nEDM सहयोग द्वारा 2020 में प्रकाशित किया गया है।

वर्तमान प्रयोग
वर्तमान में, न्यूट्रॉन ईडीएम पर संवेदनशीलता के साथ वर्तमान सीमा (या पहली बार मापने) में सुधार करने के उद्देश्य से कम से कम छह प्रयोग हैं $e⋅cm$ अगले 10 वर्षों में, जिससे सुपरसिमेट्री एक्सटेंशन से लेकर मानक मॉडल तक आने वाली भविष्यवाणी की सीमा को कवर किया जा सके।


 * एनईडीएम सहयोग का एन2ईडीएम पॉल शेरर संस्थान में यूसीएन स्रोत पर निर्माणाधीन। फरवरी 2022 में पीएसआई में उपकरण स्थापित किया जा रहा था, और 2022 के अंत में न्यूट्रॉन के साथ चालू होने की उम्मीद थी। उपकरण की संवेदनशीलता तक पहुँचने की उम्मीद है $e⋅cm$ ऑपरेशन के 500 दिनों के बाद।
 * TRIUMF में निर्माणाधीन UCN nEDM प्रयोग
 * nEDM@SNS स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत पर निर्माणाधीन प्रयोग (2022 तक)
 * PNPI nEDM प्रयोग संस्थान लाउ-लैंगविन में परिचालन अनुमोदन की प्रतीक्षा कर रहा है
 * इंस्टीट्यूट लाउ-लैंगविन में पैनईडीएम प्रयोग बनाया जा रहा है
 * क्रायोजेनिक न्यूट्रॉन ईडीएम प्रयोग लाउ-लैंगविन संस्थान में बंद हो गया *

यह भी देखें

 * इलेक्ट्रॉन विद्युत द्विध्रुवीय क्षण