Ноябрьский эксперимент в ILL

С 26 сентября по 28 октября 2018 года профессор кафедры ЯФМИ Воронин В.В., старший научный сотрудник лаборатории рентгеновской и гамма спектроскопии ПИЯФ Семенихин С.Ю. и аспирант кафедры ЯФМИ Шапиро Д.Д. провели тестовый эксперимент по проверке эквивалентности инертной и гравитационной масс нейтрона методом дифракции по Лауэ в совершенном кристалле на установке PF1B в Институте Лауэ-Ланжевена, Гренобль, Франция.

Слабый принцип эквивалентности проверен с высокой точностью для макроскопических тел, однако на вопрос о его применимости к частицам, в частности, к нейтрону, однозначного ответа нет. В случае неравенства инертной и гравитационной масс на нейтрон будет действовать некоторая внешняя сила. Основная идея эксперимента состоит в усилении эффекта от этой силы при дифракции нейтрона по Лауэ в совершенном кристалле кремния при углах Брэгга, близких к π/2. На кристалле установлены щели – на входной поверхности и в разрезе посередине кристалла, служащие для коллимации нейтронного пучка, а также третья щель для сканирования выходной поверхности кристалла. Пучок нейтронов распространяется вдоль кристаллографической плоскости 220, и в присутствие внешней силы его траектория будет отклоняться, что можно обнаружить сканированием выходной щелью. При углах Брэгга, близких к π/2, увеличивается эффективное время пребывания нейтрона в кристалле, поэтому воздействие этой внешней силы увеличивается, и, соответственно, увеличивается отклонение пучка.

Целью тестового эксперимента была проверка чувствительности кристалла и подбор оптимальных параметров эксперимента (размеры щелей, угол Брэгга). Наилучшими оказались кадмиевые щели ширинами 18 мм (входная), 15 мм (средняя), 17 мм (выходная). Углы Брэгга варьировались от 78° до 84° с шагом 1°; показано, что при углах больших 82° имеющаяся интенсивность не позволяет наблюдать нейтронный пучок на выходе кристалла. Кроме того, было проверено существование самого эффекта отклонения пучка нейтронов под действием внешней силы. Для этого на кристалле был создан градиент магнитного поля порядка 3 Гс/см. В результате пучок нейтронов расщепился на два пучка, симметрично смещённых относительно центра.