Исследователи Института ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН (ПИЯФ РАН, Санкт-Петербург) получили некоторые подтверждения рабочей гипотезы зарождения и строения Вселенной.

Схема установки для измерения времени жизни нейтронов: 1 — вакуумный объём; 2 — крио-статируемый объём; 3 — гравитационная ловушка ультрахо лодных нейтронов (УХН); 4 — нейтроновод УХН.

Новые измерения времени жизни нейтрона, выполненные с большой точностью (0,1%), как считают авторы исследования, 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 одном из заседаний президиума РАН доктор физико-математических наук Анатолий Серебров (ПИЯФ РАН).

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, которое оказалось равным 878±0,8 с, были получены в эксперименте с ультрахолодными нейтронами совместно с Объединённым 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 времён 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 с), 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 тёмную материю во Вселенной. Как сообщил докладчик, эти экспериментальные проверки «в определённой степени закрывают такие гипотезы».

Анатолий Серебров также рассказал, что не решена ещё 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. (То есть благодаря нарушению принципа, согласно которому любой физический процесс происходит точно так же, если его повторить через некоторый промежуток времени.) Проблема нарушения принципа инвариантности исключительно важна для нашего понимания мироздания, в частности того, как зарождалась Вселенная. Однако до сих пор электрический дипольный момент нейтрона не открыт, что обусловлено 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. Проект такого источника предполагает использование сверхтекучего гелия 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 энер-гий. Расчёты показывают, что при реализации проекта вполне реально получить плотность УХН ~ 3^.Ю³ n/см³, то есть в 100—500 раз больше, чем в настоящее время. Это, по мнению российских физиков, будет лучший в мире источник ультрахолодных нейтронов.

№5, 2008