近日，莫斯科物理技术学院(MIPT)与俄罗斯科学院核研究所的研究人员共同开发了一项旨在揭示宇宙主要奥秘之一的实验——电偶极矩(EDM)的测量。该实验将在位于杜布纳的联合核研究所(JINR)领土上建造的NICA加速器综合设施进行。
电偶极矩是物质的基本性质之一，描述了基本粒子内部电荷的分布情况。如果一个粒子带的电荷分布不均匀，那么可以引入一个矢量来表示这种位移的大小和方向，这就是电偶极矩，其衡量单位为每厘米电子的电荷。尽管理论上质子、中子、电子等粒子中可能存在电偶极矩，但其值非常小，至今尚未有人能够足够精确地测量它。
该实验的主要参与者之一、俄罗斯科学院印度研究院和莫斯科物理技术学院的初级研究员阿列克谢·梅尔尼科夫表示，对粒子电偶极矩进行实验测量将是一项重要发现。因为这一特性可能解释为什么宇宙中的物质比反物质多，这与当前基础物理学的观点相矛盾。安德烈·萨哈罗夫在其关于宇宙重子不对称性的著作中提出了对这一谜团的解释，并与电偶极矩的存在有关。此外，电偶极矩还可能对粒子与轴子类暗物质的相互作用很敏感，因此学会测量它可以让我们更接近理解这种物质并发现新物理学。
不同的理论对EDM的预测值存在差异。梅尔尼科夫指出，在实验中找到这个值将是了解哪一个是正确的关键。特别是，标准模型预测粒子的电偶极矩应该接近于零，然而新假设如超对称理论、大统一理论或涉及额外维度的理论等则表明它可能要大得多。如果电偶极矩有一个不符合任何理论的值，这也可能导致新物理学的产生。
据科学家指出，世界各地的研究人员已经实现了对EDM的测量，其近似值约为10-30 e cm的精度。他们希望通过在NICA综合设施实施实验来实现这一目标。
NICA是一个基本粒子加速到接近光速的环形加速器，特殊的磁铁可以固定并控制粒子的轨迹。为了测量电偶极矩，科学家通常使用基于粒子在磁场和电场中自旋(固有磁矩)的行为的方法。然而，实施冻结自旋方法需要构建一个新的专用加速器。为了能够在现有环上进行测量，研究人员提出了一种准冻结自旋方法，涉及沿着粒子束的路径安装维恩滤波器，以补偿磁拱中积累的自旋旋转，从而测量EDM信号。
预计NICA综合设施全面投入运营后将成为世界领先的自旋设施。此外，使用NICA加速器寻找电偶极矩的成本将比国外为寻找电偶极矩而单独建造的超昂贵大型装置的项目低数倍。今年3月，该团队获得了一项为期4年的资助，旨在开发偏振光束物理创新技术，以实施NICA综合设施的偏振研究计划，并将该计划扩展到基本对称性研究领域。该研究得到了俄罗斯科学基金会的资助。
参与该项目的科学家来自俄罗斯科学院原子核研究所、俄罗斯科学院理论物理研究所、莫斯科物理技术学院加速器物理实验室、兰道莫斯科物理技术学院(MIPT)和莫斯科工程物理学院(MEPhI)等多个机构。
