Владимир Воронин ПИЯФ , Гатчина

Дифракционный метод Дифракционный метод измерения электрического измерения электрического заряда нейтрона и отношения заряда нейтрона и отношения его инертной и гравитационной его инертной и гравитационной массмасс

Владимир Воронин

ПИЯФ, Гатчина (1)

(2)

Сессия секции ЯФ ОФН РАН (ИТЭФ, 2007)

2

FFz0= ½ F/m 2

x

entranceslit

exitslitLL

=L/v time of flighttime of flight

Измерение внешней Измерение внешней силысилыИдея эксперимента основывается наИдея эксперимента основывается на1.1. Уменьшении Уменьшении ““эффективной массыэффективной массы” ”

нейтронанейтрона при при дифракции по Лауэдифракции по Лауэ

2.2. Возрастании Возрастании времени пролетавремени пролета нейтрона нейтрона через кристалл при через кристалл при углах дифракции углах дифракции близких к близких к //22..


3

*/ ~2g B

g B

Em m

V

Effective mass of neutronEffective mass of neutron in crystalin crystal

For (220) of silicon * 5/ 2.1 10m m

B~1”2B~900


4

Эффект Эффект ““замедлениязамедления”” нейтрона в кристалле нейтрона в кристалле

L ~ 1 ms (L=3.5cm) for B=87О

v|| ≈ 40 m/s

WhileWhile

v ≈ 800 m/s

~20~20··00

g

k

kg

B

V||

(hkl)

||

B

| | ( ) 2

for ~2

Bv

v

В.В. Воронин, Е.Г. Лапин, С.Ю. Семенихин, В.В. Федоров, Письма В ЖЭТФ,71 110 (2000)


5

Фактор дифракционного Фактор дифракционного усиленияусиления

kk

kkgg

gg

y

z

B

Fn||Z

Force affecting the neutron

tan( )2n

k Bn

Ff

d E

2n

Fn

F

E

External forceequivalent to

gradient of d

2

20

2tan ( )

2B n

n

Fz

y m d E

2

2 2n

n

Fz

y E

Trajectory of neutronin free space

Gain factor2

0

tan ( )BdK m d

quartz (110) 52 7 81.8 1tan ( ) ~ (10 10 )0B (200)

62 8 91.4 1tan ( ) ~ (10 10 )0B


6

Демонстрационный Демонстрационный экспериментэксперимент

-3 -2 -1 0 1

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

-5,2 -3,5 -1,7 0,0 1,7

F, 10-11eV/cm

Tc, 0

K

-0,4 0,0 0,4

0,8

1,2

1,6

T1-T

2, 0K

N

(110) quartz plane L=14 cm, B=760, tan(B)=4

Detector

Lh

ggGG

ggcc

(g(gGG··g)~sin g)~sin

T1

T2

2 102 10-9-9 eV/cm eV/cm


7

Дифракционная Дифракционная фокусировкафокусировка

L

(1)

(2)

(1,1)

(2,2)

(2,1)

(1,2)

(hkl)

(hkl)

V.L.Indenbom, I.Sh.Slobobedsky, K.G.Truni, Sov. JETP, 66(3), 1110 (1974)

tan( )

2 4B

wg

Vx

F d

Extinctionlength

Quartz (110)

(200)

mxw 7

mxw 50

Doesn’t depend on Bragg angle

and crystal length


8

Влияние внешней силыВлияние внешней силы

-F-F

L

+F+F(1)

(2)(1,1)

(2,2)

(2,1)

(1,2)

(hkl)

(hkl)

Small (10-3 -10-4) part of gravity

FfEdm

Lc

n

00

22

)( 2

FfEdm

Lc

n

00

22

)( 2

W

WN

N

)()(

Effect is the change of the diffractionbeam intensity

If Wn

fEdm

Lc0

0

22

2


9

Численные оценкиЧисленные оценки на на чувствительностьчувствительность

WF

Пусть размер кристалла - 10x10x5 cm3, B=840 (tan(B) =10), W=0.1mm, =109 n/(s·cm2·Å)

, eV/cm N, n/s F, eV/cm F, eV/cm per dayper day

Quartz

(110) =4.9Å1.5 · 10-13 2200 5 5 ··1010-18-18

Quartz

(200) =4.2Å0.3 · 10-13 250 3 3 ·· 10 10-18-18

Silicon

(220) =3.8Å2 · 10-13 600 12 12 ·· 10 10-18-18


10

Возможные применения Возможные применения (1)(1)

1) 1) mmii/m/mGG experiment experiment ((EõtvõsEõtvõs experiment for neutron) experiment for neutron)

FFrrFFGGaarr=6 10=6 10-3-3 m/c m/c22

FFrr= 6 10= 6 10-13-13 eV/cmeV/cm

Fm(0h)= +|FFrr- F- FGG|

Fm(12h)= -|FFrr- F- FGG|

gc

gc

0:000:00

12:0012:00

(m(mii/m/mGG)~10)~10-5-5 per day per day Present accuracy (m(mii/m/mGG)~1.7 10)~1.7 10-4-4

J. Schmiedmayer J. Schmiedmayer (1989)(1989)


11

2) 2) eenn experiment experiment

gc EE

gc EE

Fm= +enE

Fm= -enE

Let E=30 kV/cmen=10-21e (present limit)*)

FFmm= 3 10= 3 10-17-17 eV/cm eV/cm

((en)~10)~10-22-22e per daye per day

*)J.Baumann, R.Gahler, J.Kalus, W.Mampe, PR D37, 3107 (1988)

Возможные применения Возможные применения (2)(2)


12

ВыводВывод Использование дифракции нейтрона по Лауэ

при углах Брэгга близких к /2 может привести к созданию ультрапрецизионных методов по исследованию фундаментальных взаимодействий нейтрона.

Разрешение прибора Разрешение прибора может превышать может превышать 1010-13-13 eV/cmeV/cm аа чувствительность - чувствительность - 1010-18-18 eV/cm eV/cm, , (10(10-9 -9 g)g)

11mm

(mi/mG) ~ 10~ 10-6-6

(en) ~ 10-23e

~ 100 лучше современной точности

Владимир Воронин ПИЯФ , Гатчина

Documents