近日，莫斯科物理技術學院(MIPT)與俄羅斯科學院核研究所的研究人員共同開發了一項旨在揭示宇宙主要奧秘之一的實驗——電偶極矩(EDM)的測量。該實驗將在位于杜布納的聯合核研究所(JINR)領土上建造的NICA加速器綜合設施進行。

電偶極矩是物質的基本性質之一，描述了基本粒子內部電荷的分布情況。如果一個粒子帶的電荷分布不均勻，那么可以引入一個矢量來表示這種位移的大小和方向，這就是電偶極矩，其衡量單位為每厘米電子的電荷。盡管理論上質子、中子、電子等粒子中可能存在電偶極矩，但其值非常小，至今尚未有人能夠足夠精確地測量它。

該實驗的主要參與者之一、俄羅斯科學院印度研究院和莫斯科物理技術學院的初級研究員阿列克謝·梅爾尼科夫表示，對粒子電偶極矩進行實驗測量將是一項重要發現。因為這一特性可能解釋為什么宇宙中的物質比反物質多，這與當前基礎物理學的觀點相矛盾。安德烈·薩哈羅夫在其關于宇宙重子不對稱性的著作中提出了對這一謎團的解釋，并與電偶極矩的存在有關。此外，電偶極矩還可能對粒子與軸子類暗物質的相互作用很敏感，因此學會測量它可以讓我們更接近理解這種物質并發現新物理學。

不同的理論對EDM的預測值存在差異。梅爾尼科夫指出，在實驗中找到這個值將是了解哪一個是正確的關鍵。特別是，標準模型預測粒子的電偶極矩應該接近于零，然而新假設如超對稱理論、大統一理論或涉及額外維度的理論等則表明它可能要大得多。如果電偶極矩有一個不符合任何理論的值，這也可能導致新物理學的產生。

據科學家指出，世界各地的研究人員已經實現了對EDM的測量，其近似值約為10-30 e cm的精度。他們希望通過在NICA綜合設施實施實驗來實現這一目標。

NICA是一個基本粒子加速到接近光速的環形加速器，特殊的磁鐵可以固定并控制粒子的軌跡。為了測量電偶極矩，科學家通常使用基于粒子在磁場和電場中自旋(固有磁矩)的行為的方法。然而，實施凍結自旋方法需要構建一個新的專用加速器。為了能夠在現有環上進行測量，研究人員提出了一種準凍結自旋方法，涉及沿著粒子束的路徑安裝維恩濾波器，以補償磁拱中積累的自旋旋轉，從而測量EDM信號。

預計NICA綜合設施全面投入運營后將成為世界領先的自旋設施。此外，使用NICA加速器尋找電偶極矩的成本將比國外為尋找電偶極矩而單獨建造的超昂貴大型裝置的項目低數倍。今年3月，該團隊獲得了一項為期4年的資助，旨在開發偏振光束物理創新技術，以實施NICA綜合設施的偏振研究計劃，并將該計劃擴展到基本對稱性研究領域。該研究得到了俄羅斯科學基金會的資助。

參與該項目的科學家來自俄羅斯科學院原子核研究所、俄羅斯科學院理論物理研究所、莫斯科物理技術學院加速器物理實驗室、蘭道莫斯科物理技術學院(MIPT)和莫斯科工程物理學院(MEPhI)等多個機構。