Нейтрон — одна из самых нейтральных частиц в природе. Но если в законы физики добавить особый параметр (его называют тета-членом Стандартной модели), внутри нейтрона появляется крошечный перекос заряда. Один край становится чуть положительным, другой — чуть отрицательным. Такой перекос называют электрическим дипольным моментом.
Измерить его напрямую почти невозможно — нужна фантастическая точность. Авторы работы придумали обходной путь. Они поместили нейтрон в постоянное электрическое поле и следили за тем, как меняется его энергия. Согласно теореме Фейнмана и Гелл-Мана (её ещё называют теоремой Фейнмана–Хеллмана), этот сдвиг энергии прямо связан с искомым перекосом. Но вместо того чтобы считать заряд во всём объёме, физики брали пробы в одном временно́м срезе — как будто делали мгновенный снимок облака зарядов. Это резко снизило статистический шум.
Оставалась ещё одна проблема: стандартный способ выделения нейтрона из моря квантовых флуктуаций подмешивал лишние возбуждённые состояния. Чтобы очистить сигнал, авторы построили основное состояние деформированного нейтрона с помощью неэрмитовой задачи на собственные значения. Это как настроить радиоприёмник на чистую частоту, отсекая помехи. В результате для разных способов описания нейтрона получились согласованные цифры: [formula]$d_n$=-0.0050(4)^\text{stat}(8)^\text{sys}\,\bar{\theta}\,e\,\text{fm}[/formula].
Этот результат — важный шаг к пониманию того, почему в нашей Вселенной так мало антивещества. Если бы перекос был чуть больше, материя и антиматерия аннигилировали бы полностью, и нас бы просто не было.
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.10606
We present the calculation of the neutron electric dipole moment (nEDM) $$d_n$$ using 2+1 flavor domain wall fermion ensembles with fixed lattice spacing $$a\approx 0.11\,\text{fm}$$ and pion masses of 340, 420, and 576 MeV. We show that the neutron electric dipole moment can be extracted from the energy shift induced by a static uniform external background electric field in the presence of the CP-violating QCD theta-term, $$\bar\theta Q_{top}$$. Motivated by the Feynman-Hellmann theorem, we employ sampling of the topological charge $$q_\text{top}(t)$$ on a single time-slice rather than the global topological charge $$Q_\text{top}=\int q_\text{top}(t) \, dt$$, which dramatically improves the statistical precision of the $$\theta$$-induced nEDM. Key to our method is to calculate the forward matrix element of the topological charge density in the nucleon deformed by a background electric field. We find that calculation with the traditional positive parity-projected nucleon operator is subject to large excited-state contamination. To remove the contamination, we construct the ground state of the deformed nucleon by solving a non-Hermitian generalized eigenvalue problem. With this approach, we find consistent values for the nEDM when using different nucleon interpolating operators, regardless of whether they are covariant or non-covariant under chiral transformations. Finally, after extrapolating to the physical point, we obtain $$d_n=-0.0050(4)^\text{stat}(8)^\text{sys}\bar{\theta}$$ $$e$$ fm, where the systematic uncertainty includes excited-state effects estimated as variation with the Euclidean-time fits and the dependence on the strength of the electric field applied to the neutron. Conventional systematic errors like discretization, finite-volume, and chiral extrapolation effects will be addressed in future work.
Электрический дипольный момент нейтрона настолько мал, что если увеличить нейтрон до размеров Земли, перекос заряда оказался бы меньше толщины человеческого волоса.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан мог управлять квантовыми состояниями — примерно так же физики управляют нейтронами, чтобы уловить следы нарушения симметрии.