中子电偶极矩
衡量中子内部正电荷与负电荷的分布
中子电偶极矩衡量中子内部正电荷与负电荷的分布。只有当正电量心与负电量心不重叠在同一位置时,电偶极矩才不等于零,科学家尚未发现中子电偶极矩的蛛丝马迹。
简介
中子电偶极矩衡量中子内部正电荷与负电荷的分布。只有当正电量心与负电量心不重叠在同一位置时,电偶极矩才不等于零。科学家尚未发现中子电偶极矩的蛛丝马迹。中子电偶极矩的最准确上限为 。
理论
假设基本粒子拥有内禀电偶极矩,则宇称对称性和时间对称性(time symmetry)都会被破坏。举例而言,思考中子的磁偶极矩和假定的电偶极矩,这两种矢量的方向必需相同。但是,时间反演(T)会逆反磁偶极矩的方向,不会改变电偶极矩的方向;空间反演(宇称)会逆反电偶极矩的方向,不会改变磁偶极矩的方向。电偶极矩的存在破坏了这些对称性。假定CPT对称性(CPT symmetry)正确无误,则时间破坏也促使CP对称性被破坏。
弱相互作用
按照前面论述,为了营造有限值电偶极矩,必需先存在有破坏CP对称性的理论程序。实验者已经在弱相互作用的实验中观测到CP破坏,也已经能够用标准模型的卡比博-小林-益川矩阵中的CP破坏相位来解释CP破坏。但是,这解释所获得的CP破坏数值非常微小,因此对于电偶极矩的贡献也微乎其微: 。远远低于最精密实验所能测量到的数值。电偶极矩实验可以用来核对很多从标准模型延伸的崭新理论,例如如最小超对称标准模型(minimal supersymmetric standard model)、左右对称模型(left-right symmetric model)等等。这些理论估计的电偶极矩数值在可核对值域内。
物质与反物质不对称
从宇宙的物质与反物质不对称现象,科学家觉得在大爆炸的初期,可能会有某种涉及CP破坏的机制,湮灭了大部分的反物质。安德烈·萨哈罗夫对于这过程做了很缜密的分析。科学家怀疑CP破坏的涉及程度很大,这意味着或许标准模形给出的电偶极矩过低,可能需要加以延伸。假若,测量到的电偶极矩数值能够比标准模型预测值高很多,则这怀疑的正确性就可以得到合理解释。
强相互作用
由于中子是由三个夸克组成的,中子会遭受到源于强相互作用的CP破坏。量子色动力学──描述强作用力的学术领域──自然地含有一个摧毁CP对称性的项目。这项目的强度是以 表达。中子电偶极矩极限值要求 。但是,科学家认为 的数量级应该是1;这关于角 的精细调整(fine-tuning),称为“强CP问题”。
超对称CP问题
标准模型的超对称延伸,例如最小超对称标准模型(minimal supersymmetric standard model),通常会导致出很大的CP破坏。这理论对于中子电偶极矩的典型预测值域大约在 与 之间。如同强相互作用案例,中子电偶极矩的上限已经在局限著CP破坏相位;但是,需要实施的精细调整还不很严峻。
实验方法
应用拉姆齐磁共振技术,将互相平行与反平行的磁场电场施加于中子,然后测量其自旋拉莫尔进动频率。这是萃取中子电偶极矩的一种优良实验方法。两种案例的进动频率分别为 : ;其中,h是普朗克常数,是进动频率,是中子磁偶极矩,B是磁场,是中子电偶极矩,E是电场。
磁偶极矩环绕磁场的进动与电偶极矩环绕电场的进动,这两种进动造成了频率的增加或减少。从这两种频率的差值,可以立刻得到对于中子电偶极矩的衡量:。
这实验遭遇到的最大挑战(同时是最大的系统性伪效应),在做测量时,磁场必需维持稳定不变。
参见
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 18:35
目录
概述
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理论
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