Большой взрыв создал как материю во Вселенной, так и антивещество — так гласит современная теория. В теории, так как они являются антагонистами, при взаимодействии они должны были бы уничтожить друг друга. Но закон сохранения энергии и другие законы физики утверждают, что тогда должен был бы образоваться избыток материи, сохраненный до наших дней. Это явление является одной из великих загадок физики и астрономии, которая до сих пор не решена и является теоретическим изысканием.
Исследователи надеются найти ключ к основному явлению с помощью нейтронов — электрически незаряженных элементарных «строительных блоков» атомов. Предположение: если бы нейтрон имел так называемый электрический дипольный момент (сокращенно nEDM) с измеримым ненулевым значением, это могло бы быть связано с тем же физическим принципом, который также объяснял бы избыток вещества после Большого взрыва.
Поиск nEDM можно выразить на повседневном языке как вопрос о том, является ли нейтрон электрическим компасом. Давно было ясно, что нейтрон является магнитным компасом, реагируя на магнитное поле или, говоря техническим языком, имеет магнитный дипольный момент. Если бы, кроме того, у нейтрона также был электрический дипольный момент, его значение было бы намного меньше и, следовательно, это намного сложнее измерить. Предыдущие измерения других исследователей подтвердили эту теорию. Поэтому исследователи из PSI должны были сделать все возможное, чтобы локальное магнитное поле оставалось постоянным во время их последних измерений. Каждый грузовик, который проезжал по дороге рядом с PSI, нарушал магнитное поле в масштабе, который имел отношение к эксперименту, поэтому этот эффект должен был быть рассчитан и удален из экспериментальных данных.
Кроме того, количество наблюдаемых нейтронов должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить возможность измерения nEDM. Таким образом, измерения в PSI проводились в течение двух лет. Были измерены так называемые ультрахолодные нейтроны, то есть нейтроны с относительно низкой скоростью. Каждые 300 секунд 8-секундный пучок с более чем 10000 нейтронов направлялся в экспериментальную область и исследовался. Ученые измерили в общей сложности 50 000 таких пучков.
Новый результат был подтвержден группой исследователей в 18 институтах и университетах Европы и США, в том числе в ETH Zurich, Бернском университете и Фрибургском университете. Данные были собраны на ультрахолодном источнике нейтронов PSI. Исследователи собирали там данные измерений в течение двух лет, очень тщательно оценивали их в двух группах, и благодаря этому получили более точный результат, чем когда-либо прежде.
Исследовательский проект nEDM является частью поиска «новой физики», которая выходит за рамки так называемой стандартной модели. Такие же исследования проводятся на еще более крупных объектах, таких как Большой адронный коллайдер LHC в ЦЕРНе.
Таким образом, стало менее вероятно, что нейтрон поможет объяснить избыток вещества. Но это все еще не может быть полностью исключено. И в любом случае, наука заинтересована в точном значении nEDM, чтобы выяснить, как это может быть использовано для открытия новой физики.
Поэтому следующее, более точное измерение уже планируется. Исследователи PSI рассчитывают начать следующую серию измерений nEDM к 2021 году и, в свою очередь, превзойти текущие данные с точки зрения точности.