FORSCHUNGSWELT
Elektrisches Dipolmoment bei Neutronen
Dem Rätsel der Materie auf der Spur Eine internationale Forschungskollaboration hat am Paul-Scherrer-Institut (PSI) eine Eigenschaft des Neutrons so genau wie noch nie vermessen. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass das Teilchen ein deutlich kleineres elektrisches Dipolmoment hat als bisher bekannt. Das Ergebnis erzielten die Wissenschaftler mithilfe der Quelle für ultrakalte Neutronen des PSI.
Die Suche nach dem nEDM lässt sich alltagssprachlich ausdrücken als die Frage, ob das Neutron ein elektrischer Kompass ist oder nicht. Schon lange ist klar, dass das Neutron ein magnetischer Kompass ist und auf ein Magnetfeld reagiert, oder im Fachjargon: ein magnetisches Dipolmoment besitzt. Sollte das Neutron zusätzlich auch ein elektrisches Dipolmoment haben, wäre dessen Wert sehr viel geringer – und daher ungleich schwieriger zu messen. Dies haben bereits frühere Messungen anderer Forschungsgruppen ergeben. Daher mussten die Wissenschaftler bei ihrer jetzigen Messung am PSI das lokale Magnetfeld mit hohem Aufwand sehr konstant halten – und kleinste Störungen aus den Versuchsdaten herausrechnen. Das ist die Spezialität von Prof. Dr. Martin Fertl, Physiker am Exzellenz32
Die Neutronenweiche, die im Experiment am PSI eingesetzt wird, haben Wissenschaftler in Mainz gebaut.
Bild: Paul-Scherrer-Institut/Mahir Dzambegovic
Fünfzigtausend Messungen
Bild: Paul-Scherrer-Institut
Beim Urknall entstand sowohl die Materie des Universums als auch die sogenannte Antimaterie – so zumindest die gängige Theorie. Da sich die beiden allerdings gegenseitig auslöschen, muss ein Überschuss an Materie entstanden sein, der bis heute übriggeblieben ist. Die Ursache für diesen Materie-Überschuss ist eines der grossen Rätsel der Physik und Astronomie. Einen Hinweis auf das dahinterliegende Phänomen hoffen Forschende unter anderem mithilfe von Neutronen zu finden, den elektrisch ungeladenen Bausteinen der Atomkerne. Die Vermutung: Hätte das Neutron ein elektrisches Dipolmoment (kurz: nEDM) mit einem messbaren Betrag ungleich null, könnte dahinter das gleiche physikalische Prinzip stecken, das auch den Überhang an Materie nach dem Urknall erklären würde.
Dieter Ries vor dem Experiment zur Vermessung einer grundlegenden Eigenschaft des Neutrons, des elektrischen Dipolmoments. Sichtbar sind vor allem die runden, konzentrischen Schutzschilde aus Blech, die der Abschirmung äusserer Magnetfelder dienen.
6/2020
