Разработка, создание и внедрение технологий для новых источников ультрахолодных нейтронов на основе сверхтекучего гелия

Для исследований фундаментальных свойств нейтрона использование УХН открывает новые экспериментальные возможности. Эти нейтроны можно хранить в ловушках, что повышает чувствительность измерений, если они будут доступны в достаточном количестве. Поэтому разработка высокоинтенсивных источников УХН является исключительно важной задачей. В настоящее время в России отсутствуют источники ультрахолодных нейтронов. Сейчас плотность УХН, используемая в экспериментах, составляет 10-40 cм^(-3). Разработка новых технологий для производства УХН необходима для дальнейшего продвижения в научных исследованиях в области фундаментальной физики, которые в основном ограничены подсчетом статистики. Метод получения ультрахолодных нейтронов, используя сверхтекучий гелий, является очень перспективным. Он основан на эффекте накопления ультрахолодных нейтронов в сверхтекучем гелии из-за особенностей этой квантовой жидкости. В настоящее время проведен ряд успешных экспериментов в Японии, Франции и Канаде на пучках холодных нейтронов. Принцип получения УХН на сверхтекучем гелии подтвержден экспериментально, стоит вопрос о практическом использовании этого эффекта и инженерном решении этой задачи. В 2020 году был дан старт реализации программы по созданию приборной экспериментальной базы для реакторного комплекса ПИК. Одним из главным приборным комплексов в этой программе стал новый источник УХН на основе сверхтекучего гелия для проведения исследований в области физики фундаментальных взаимодействий. Данный источник УХН нацелен на получение рекордной плотности УХН 2,2E3 см^(-3), т.е. как минимум два порядка величины выше существующего уровня плотности УХН. Получение рекордной плотности ультрахолодных нейтронов зависит от наличия и качества применяемых для изготовления источника технологий, таких как получение изотопно-чистого гелия (для исключения поглощающего нейтроны изотопа 3Не), получения и поддержания сверхтекучего гелия при температуре 1К в условиях реакторных теплопритоков (для уменьшения доли нагреваемых УХН), изготовление нейтроноводов УХН с высокой граничной скоростью отражения нейтронов (для увеличения доли УХН, доставленных в экспериментальные установки). В результате реализации данного проекта, будет разработан и реализован весь объем технологий, позволяющих изготавливать источники УХН на основе сверхтекучего гелия в пределах Российской Федерации без использования зарубежных технологий. На новом источнике УХН запланирована обширная программа исследований фундаментальных взаимодействий. Она включает в себя поиск электрического дипольного момента нейтрона (ЭДМ) и прецизионное измерение времени жизни нейтрона. Наиболее точные эксперименты по поиску ЭДМ нейтрона и прецизионному измерению времени жизни свободного нейтрона были выполнены именно с использованием ультрахолодных нейтронов, и точность проведенных измерений уже ограничена статистикой нейтронов (возможностями существующих источников УХН). Эти эксперименты и планируемые прецизионные корреляционные исследования β-распада нейтрона имеют решающее значение для физики фундаментальных взаимодействий: они связаны с решением проблем Стандартной Модели (СМ) при описании СР-нарушения и объяснении наблюдаемых космологических фактов (барионная асимметрия Вселенной). По-видимому, СМ должна быть модифицирована, «расширена», а измеряемые в экспериментах с УХН величины очень чувствительны к выбору параметров в моделях с суперсимметрией частиц. В определённом смысле, эти эксперименты являются альтернативой дорогостоящим работам и мегапроектам на современных коллайдерах. Сейчас в мире насчитывается 9 научных центров, где планируется создание экспериментальных установок по поиску ЭДМ нейтрона. Точность этих экспериментов определяется интенсивностью источников УХН, поэтому создание высокоинтенсивных источников является первоочередной задачей.