Elektrický dipólový moment – veličina popisující nerovnoměrné rozložení náboje v objektu. Elektrický dipól si zjednodušeně můžeme představit jako objekt, na jehož jednom konci je lokalizován kladný náboj a na druhém záporný.

Stávající fyzikální znalosti nám říkají, že se při velkém třesku se tvořila hmota i antihmota v poměru „fifty fifty“. Jak ale už víme, tak se hmota s antihmotou vzájemně zrovna moc nemusí. Navzájem se totiž ničí. Právě v tom je ale problém jelikož astronomové hlásí, že vesmír má přebytek hmoty nad antihmotou. Fyzikové zabývající se vlastnostmi neutronů nabídli vysvětlení. Baryonová asymetrie vesmíru by se podle nich dala vysvětlit vlastnostmi elektricky nenabitých elementárních stavebních kamenů atomů. Konkrétně jde o neutrony. Kdyby totiž měl neutron elektrický dipólový moment (EDM) s měřitelnou nenulovou hodnotou, mohlo by to být právě to, čím by se dal obhájit přebytek hmoty po velkém třesku.

Philipp Schmidt-Wellenburg. Kredit: PSI, Švýcarsko.

Nějakou dobu o neutronu už víme, že se chová jako magnetický kompas - reaguje na magnetické pole (má magnetický dipólový moment). Pokud by neutron ale měl také elektrický dipólový moment, jeho hodnota by pochopitelně byla mnohem menší a pro nás je proto obtížně měřitelnou veličinou. Přesné změření by ale bylo trefou do černého, po níž astrofyzikové prahnou. Laicky řečeno, jde nám o to, zda neutron je také něco jako elektrický kompas a jak je silný. Ne, že by se o měření zjistit to, ještě nikdo nepokoušel, jen ty výsledky předchozích pokusů zatím jaksi moc vypovídací hodnotu nedaly.

Tentokrát vědci z Paul Scherrer Institute k měření elektrického dipólového momentu použili ultra chladné neutrony (neutrony s malou kinetickou energií). Popis polarizace neutronů pomocí supravodivého solenoidu zde. Na měření a vyhodnocování dat, se podíleli vědci z 18 ústavů a univerzit v Evropě i USA (především z ETH Zurich, University of Bern a University of Fribou).  Největším problémem měření se ukázalo být udržet místní magnetické pole konstatní. Porušovaly ho i takové věci, jako třeba  projíždějící kamion po vzdálené silnici. Všechny podobné vlivy zkreslující naměřemné hodnoty musely být v datech "zaretušovány". Proto také vlastní měření a zpracování výsledků zabralo spolupracujícím týmům déle než dva roky.

Schéma spektrometru, kterým se zjišťuje elektrický dipólový moment. Nenulový signál se projeví jako posun magnetické rezonanční frekvence při působení elektrického pole. Podrobnosti zde. Kredit: Abel et al., 2020.

Pokusy změřit elektrický dipólový moment lze označit také jako hledání „nové fyziky“, která by přesahovala tzv. standardní model. Prakticky o totéž se pokouší i týmy na zařízeních, jakým je Velký hadronový srážeč (LHC) v CERNu. Tam ale na to jdou spíše odhalováním nových částic a jejich vlastností. V případě PSI se místo na množství, soustředili vědci na jednu částici, zato mnohem více do hloubky jejích vlastností. Spoluautor studie Schmidt-Wellenburg výsledek několikaletého snažení komentoval slovy: „...hodnota pro EDM neutronu je příliš malá na to, aby šla změřit pomocí nástrojů, které byly dosud používány - hodnota je příliš blízko nule“.

Závěr

Naměřené hodnoty permanentního elektrického dipolového momentu neutronu (d_n =(0.0±1.1_stat ± 0.2_sys) × 10⁻²⁶ e.cm), činí méně pravděpodobným, že by neutron byl částicí, která by vysvětlovala přebytek hmoty. Stále však to ještě nelze zcela vyloučit, a tak vědci na letošek a příští rok již naplánovali ještě přesnější pokusy. Ty by již měly dát definitivní verdikt.

Literatura

C. Abel et al.: Measurement of the Permanent Electric Dipole Moment of the Neutron, Phys. Rev. Lett. 124, 081803, 28 February 2020