Один из двух полученных НИЦ «КИ» - ПИЯФ в 2018 году грантов Российского Научного Фонда выиграли сотрудники лаборатории квантовой химии Отделения Перспективных Разработок. Грант РНФ получен на реализацию инициативного проекта «Поиск новой физики на молекулах».

Новая физика – это физика за рамками Стандартной Модели элементарных частиц (СМ). Хотя к настоящему времени экспериментально не обнаружены элементарные частицы, которые не описываются в рамках СМ, существует целый ряд явлений, таких как наличие тёмной материи, асимметрия вещества и антивещества во Вселенной и других эффектов, которые СМ не объясняет.

Одной из наиболее интересных задач по поиску «новой физики» является измерение электрического дипольного момента электрона, еЭДМ. Важнейшим достоинством экспериментов по поиску еЭДМ и других эффектов, нарушающих пространственную четность и временную инвариантность, которые в настоящее время выполняются на атомах, молекулах и твердых телах, является экономичность, компактность и уникальная точность. В недавно проведенных экспериментах на молекулах удалось достичь новых ограничений на еЭДМ : d_e < 9∙10^-29 е∙см на пучке молекуле ThO и d_e < 13∙10^-29 е∙см на катионе HfF⁺ удерживаемых в ловушке. Следует отметить, что эксперименты на ThO и HfF⁺ дают сравнимое ограничение на еЭДМ, но были проведены с использованием совершенно разных методик, что важно для подтверждения достоверности полученных ограничений. Ожидается дальнейшее улучшение (статистической) чувствительности экспериментов до порядка величины за счет увеличения плотности молекул ThO в пучке и числа катионов HfF⁺в ловушке, причем для молекулы ThO новый результат ожидается в течение ближайшего года. Подготавливаются эксперименты на других молекулах. Вместе с тем ясно, что увеличивать статистическую точность целесообразно только до уровня систематических ошибок, присущих рассматриваемым системам. Важность понимания систематических ошибок (величин всех возможных вкладов) критически возрастает по мере увеличения чувствительности эксперимента.

На фото - победитель конкурса РНФ к.х.н. А.Н. Петров (слева), в.н.с. лаборатории молекулярных и атомных пучков д.ф.-м.н. М.Г. Козлов (в центре), профессор кафедры квантовой механики СПбГУ, член-корр. РАН И.Б. Хриплович на 51-й Зимней школе ПИЯФ

В проекте РНФ, выигранном группой из ПИЯФ, предполагается проведение подробного теоретического анализа систематических ошибок в экспериментах на молекулах, наиболее перспективных для поиска еЭДМ и других эффектов несохранения пространственной четности и временной инвариантности (Т,Р-нечетных эффектов). Будут также рассмотрены способы «устранения» (контроля) наиболее важных из них. Такой анализ сводится к теоретическому исследованию магнитной дипольной сверхтонкой структуры, эффектов Штарка и Зеемана, в том числе динамических.

Одной из целей проекта будет также усовершенствование существующего подхода для оценки качества расчета эффективного поля на электроне, которое является одной из ключевых характеристик при определении перспективности молекул для поиска еЭДМ. Фактически, в настоящее время теоретические исследования, проводимые в ПИЯФ, не менее важны, чем непосредственно эксперимент, выполняемый группами в США.

Холодные молекулы (с температурой ниже 1 мК) предоставляют уникальные возможности в том числе для прецизионного измерения и других (отличных от еЭДМ) величин. Группой из ПИЯФ будет выполнен расчет всех требуемых свойств молекулы RaF, перспективность которой для прямого лазерного охлаждения была продемонстрирована в работе. В настоящее время обсуждается возможность подготовки серии экспериментов на этой молекуле в ПИЯФ в коллаборации с СПбГУ и другими центрами. Кроме того, как выяснилось, многоатомные лазерно-охлаждаемые молекулы с тяжелыми атомами в ряде случаев могут иметь преимущества перед двухатомными молекулами в поиске ЭДМ электрона и других P,T-нечетных свойств. Исследования с холодными многоатомными молекулами находятся на самой ранней стадии и поэтому возможности исследования фундаментальных симметрий на таких молекулах нуждаются в дополнительном изучении, которое группа из ПИЯФ намерена предпринять. Отметим также, что разрабатываемые в проекте ученых из ПИЯФ подходы могут быть применены (и уже применяются) и для решения других актуальных задач физики молекул, квантовой механики и смежных дисциплин.

А.В. Титов

.