3 ноября 2021

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ исследуют новые источники нарушения временной четности элементарных частиц

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ провели исследование чувствительности трехатомных молекул к эффектам нарушения временной (T) и пространственной четности (P), таким как электрический дипольный момент электрона и скаляр-псевдоскалярное электрон-ядерное взаимодействие.

Теоретическое исследование этой чувствительности важно для проведения экспериментов, которые могли бы ответить  на вопросы, стоящие перед современной фундаментальной физикой. Предполагается, что новые источники нарушения временной четности являются причиной барионной асимметрии, то есть преобладания вещества над антивеществом в наблюдаемой Вселенной. Эксперименты на молекулах также позволяют проверять другие сценарии «Новой физики» за пределами Стандартной модели на энергиях, не достижимых для современных коллайдеров.

Ранее эти эксперименты проводились на двухатомных молекулах во внешнем поле. В настоящий момент запланированы эксперименты на трехатомных молекулах RaOH и YbOH. Они допускают лазерное охлаждение и обладают близкими колебательными уровнями противоположной четности, которые требуют меньшей силы внешнего поля для полной поляризации, необходимой для поиска нарушений четности. Это делает их удобной площадкой для экспериментального поиска «Новой физики».

«В процессе исследований возник очень серьезный вопрос: насколько квантовые колебания молекул влияют на чувствительность параметров к P, T - нечетным эффектам?, - объясняет научный сотрудник Отделения перспективных разработок Анна Захарова. - В литературе мнения по этому вопросу высказывались противоречивые, но влияние колебаний ранее изучалось лишь в простом приближении. В работе мы смогли наконец провести высокоточные вычисления P, T-нечетных параметров для нелинейных конфигураций благодаря использованию методов обобщенного релятивистского эффективного потенциала остова и восстановления четырехкомпонентных спиноров в остовной области, разработанных в лаборатории квантовой химии НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. Это позволило нам сильно уменьшить необходимый объем вычислений для молекул с тяжелыми элементами в областях, для которой важны релятивистские эффекты».

Также ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ провели подробное исследование колебательных волновых функций молекул, что позволило рассчитать важные спектроскопические свойства, в том числе расщепление уровней противоположной четности, так называемое l-удвоение. Эта характеристика представляет большой интерес, так как её значение определяет силу внешнего электрического поля, которая необходима для полной поляризации молекулы.

Сочетание высокоточных расчетов электронной структуры нелинейных трехатомных молекул  с подробным исследованием квантовых колебаний позволило нам оценить влияния колебаний на чувствительность молекул к эффектам, нарушающим временную четность и пространственную инвариантность для колебательных уровней, на которых планируется проведение эксперимента. В дальнейшем планируется изучение колебательно-вращательной структуры трехатомных молекул с учетом сверхтонкого взаимодействия и исследование свойств, отвечающих за чувствительность к другим P, T-нечетным эффектам.

Работа была выполнена при поддержке гранта РНФ №. 18-12-00227

Петербургский институт ядерной физики