Динамическая дифракция нейтронов в кристалле и поиск электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрона

Начиная 1981 г. в лаборатории О.И.Сумбаева ведутся интенсивные исследования динамической дифракции нейтронов в совершенных изогнутых и плоских кристаллах. Разработана методика измерения маятниковой картины при динамической дифракции нейтронов в таких кристаллах (О.И. Сумбаев, В.Л. Алексеев, Е.Г. Лапин).

Впервые по изменению при повороте установки контраста маятниковой картины при дифракции нейтронов на изогнутом кристалле измерен предсказанный О.И. Сумбаевым гравитационный эффект на одном кристалле (В.Л. Алексеев, Е.Г. Лапин, Е.К. Леушкин, В.Л. Румянцев, О.И. Сумбаев, В.В. Федоров, 1988).

Теоретически предсказано (В.В. Федоров) наличие сильного (~10⁸ В/см) электрического поля, действующего на нейтрон при дифракции в нецентросимметричном кристалле. Это поле было обнаружено и измерено в опыте по динамической дифракции поляризованных нейтронов (В.Л. Алексеев, В.В. Воронин, Е.Г. Лапин, Е.К. Леушкин, В.Л. Румянцев, О.И. Сумбаев, В.В. Федоров, 1989). Экспериментально полученная величина совпала с теоретически рассчитанной.

Предложен и детально разработан новый дифракционный эксперимент (В.В. Федоров, В.В. Воронин, Е.Г. Лапин) по поиску ЭДМ нейтрона при дифракции в нецентросимметричном кристалле на уровне точности ~10^-25е · см.

Следующие обстоятельства дают надежду достичь по чувствительности наиболее чувствительный в настоящее время магнито-резонансный метод ультрахолодных нейтронов:

• наличие сильного внутрикристаллического поля (10⁸В/см), в котором на пути в несколько сантиметров движется дифрагирующий в нецентросимметричном кристалле нейтрон. Это поле более чем на 4 порядка по величине превосходит поля, используемые в методе УХН. Оно было экспериментально измерено для плоскости (110) кристалла кварца по сдвигу маятниковой фазы при перевороте спина за счет швингеровского взаимодействия при лауэвской дифракции поляризованных нейтронов;
• с другой стороны, такой величины поля еще недостаточно, чтобы достичь чувствительности метода УХН из-за малого времени пребывания нейтрона внутри кристалла. Однако, как было замечено (В.В. Федоров, В.В. Воронин, Е.Г. Лапин, 1990), при углах Брэгга, близких к прямому, это время может существенно возрасти, поскольку дифрагирующий нейтрон в кристалле движется в среднем вдоль кристаллографических плоскостей, образуя в перпендикулярном направлении стоячую волну. Эта скорость при углах Брэгга Θ_B ~ π/2 может быть существенно меньше полной скорости нейтрона. Это и дает надежду увеличить чувствительность дифракционного метода, по крайней мере, на порядок при переходе к углам Брэгга, близким к π/2, и приблизиться к чувствительности метода УХН. Совсем недавно были получены экспериментальные доказательства такого замедления нейтрона внутри кристалла при дифракции (В.В. Воронин, Е.Г. Лапин, С.Ю. Семенихин, В.В. Федоров, 1999).

Получены первые экспериментальные результаты (В.В.Воронин, Е.Г.Лапин, С.Ю.Семенихин, В.В.Федоров, 1999) на созданном и установленном на горизонтальном канале реактора ВВР-М макете установки для поиска ЭДМ новым дифракционным методом. Обнаружен ряд новых эффектов:

• эффект существенной временной задержки дифрагирующего нейтрона внутри кристалла при углах Брэгга, близких к прямому. При угле дифракции, равном 87^o, измеренная эффективная скорость распространения нейтрона в кристалле оказалась равной (40 ± 1) м/c при скорости падающего нейтрона 808 м/с;
• явление деполяризации нейтронного пучка при дифракции по Лауэ в нецентросимметричном кристалле альфа-кварца;
• эффект вращения спина холодных нейтронов в нейтронной оптике при прохождении через нецентросимметричный кристалл, обусловленные швингеровским взаимодействием магнитного момента движущегося нейтрона с внутрикристаллическим электрическим полем;
• экспериментально доказано, что величина внутрикристаллического электрического поля, действующего на нейтрон не зависит от угла Брэгга вплоть до углов, равных 87^o. При угле Брэгга, равном 87^o, чувствительность метода к ЭДМ нейтрона возрастает приблизительно в 20 раз (по сравнению с углом в 45^o) и уже может превзойти соответствующую величину для метода УХН, наиболее чувствительного в настоящий момент.

Рис. 1 Схема установке DEDM на горизонтальном канале реактора ВВР-М.