Группа учёных из Германии, Чехии и США, выполнив теоретический расчёт характеристик, получила образцы керамики, которая как нельзя лучше подходит для регистрации возможной четвёртой внутренней характеристики электрона.

Существование постоянного электрического дипольного момента (ЭДМ) электрона, отражающего распределение заряда в частице, предсказывают теории, выходящие за рамки Стандартной модели. ЭДМ может быть направлен только вдоль спина электрона; это условие автоматически приводит к выводу о том, что обнаружение ЭДМ возможно в случае нарушения и закона сохранения пространственной чётности, и Т-инвариантности. Регистрация ЭДМ элементарной частицы, следовательно, стала бы прямым доказательством того, что инвариантность по отношению к обращению времени не является универсальным принципом природы (несохранение чётности в слабых взаимодействиях, напомним, считается уже установленным фактом).

Специалисты разработали несколько методик обнаружения ЭДМ электрона, и максимальная допустимая величина ЭДМ постепенно уменьшается с появлением новых экспериментальных данных. Описание некоторых способов регистрации можно найти в статье Ф. Л. Шапиро «Электрические дипольные моменты элементарных частиц», опубликованной в мае 1968 года в журнале «Успехи физических наук.

Авторы выбрали методику, основанную на измерении намагниченности мультиферроика, помещённого в электрическое поле, с помощью сверхчувствительного квантового СКВИД-магнитометра. В электрическом поле бóльшая часть электронов должна ориентироваться так, чтобы ЭДМ был направлен параллельно полю, а это приведёт к появлению измеримой намагниченности. При изменении направления поля прибор зарегистрирует соответствующее изменение намагниченности; если этого не произойдёт, результат опыта можно будет считать отрицательным.

Для проведения таких экспериментов необходим материал с необычным набором характеристик: высокой концентрацией магнитных ионов, отсутствием магнитного порядка при температуре ниже 4 К, свойством обратимой поляризации. Создать подобный образец методом проб и ошибок сложно, и учёные сначала провели необходимые расчёты на суперкомпьютере JUROPA, производительность которого составляет 207 терафлопсов.

Стойки суперкомпьютера JUROPA.

На основании полученных данных чешские учёные синтезировали требуемую керамику Eu0,5Ba0,5TiO3 (титанат европия-бария), которая имеет структуру перовскита. Этот материал должен обеспечить точность измерений, в десять раз превосходящую достигнутые ранее значения.

Пока, впрочем, обнаружить ЭДМ не удалось: мешают, как говорят авторы, некие «нежелательные эффекты».

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature Materials.

Подготовлено по материалам Исследовательского центра города Юлих.

Текст: Дмитрий Сафин