VIP2 experiment - VIP2 experiment

Souřadnice: 42 ° 27'14 ″ severní šířky 13 ° 34'34 ″ východní délky / 42,454 ° N 13,576 ° E / 42.454; 13.576The VIP2 experiment (Porušení Pauliho zásady) je atomová fyzika experiment zkoumající možné porušení zákona Pauliho princip vyloučení pro elektrony. Experiment se nachází v podzemní laboratoři Gran Sasso, LNGS-INFN, nedaleko města L'Aquila v Itálii. Provozuje ji mezinárodní spolupráce výzkumných pracovníků z Rakouska, Itálie, Francie a Rumunska. Zdroje financování zahrnují: INFN (Itálie), Rakouský vědecký fond a Nadace Johna Templetona (JTF). V rámci projektu JTF jsou zkoumány také důsledky pro fyziku, kosmologii a filozofii.[1]

Princip experimentu

Je třeba rozlišovat různé přístupy ke zkoumání Pauliho vylučovacího principu, pokud jde o jejich možné naplnění Mesiáše-Greenberga pravidlo předvolby.[2] Toto pravidlo uvádí, že symetrie vlnové funkce ustáleného stavu je v čase konstantní. V důsledku toho se symetrie kvantového stavu může změnit, pouze pokud částice, která je v systému nová, interaguje se stavem.

Jedním ze způsobů, jak toto pravidlo splnit a s vysokou přesností vyzkoušet Pauliho vylučovací princip, je zavedení „nových“ elektronů do vodiče.[3] Elektrony se tvoří nové kvantové stavy s atomy ve vodiči. Tyto „nové“ státy by mohly porušovat Pauliho zásadu vyloučení. Cílem VIP2 je hledat nové kvantové stavy, které mají symetrickou složku v jinak antisymetrickém stavu. Tyto non-Paulian stavy lze identifikovat podle charakteristiky Rentgenové záření emitované během principu vyloučení Pauli - zakázané atomové přechody do základního stavu. Příkladem přechodu tohoto druhu by mohl být třetí elektron přicházející na úrovni 1 s. Vyzařované rentgenové paprsky jsou detekovány pomocí detektory driftu křemíku.

Srovnání normálních (vlevo) a nep Paulianských (vpravo) atomových přechodů 2p až 1s.

Energie přechodů mezi Pauli-zakázanými stavy byly vypočítány pomocí multikonfigurační metody Dirac – Fock[4] a mírně se liší od odpovídajícího normálního přechodu. Například zakázáno Pauli K-alfa přechod v mědi, který se používá ve VIP2, kde jsou 2 elektrony na orbitě 1 s před přechodem, je posunut o 300 eV na nižší energie s ohledem na normální přechod.

VIP2 běží na LNGS, kde je záření pozadí vnášené kosmickými paprsky silně sníženo.[5] Data jsou odebírána ve střídavých bězích bez proudu (pozadí) a v bězích s proudem (signál). Analýzou detekovaných energetických spekter v oblasti, kde se očekávají Pauliho vylučovací principy porušující přechody, se získají horní limity pravděpodobnosti porušení Pauliho vylučovacího principu.

Výsledek

Obrázek skupiny VIP pro spolupráci na místě experimentu v LNGS v listopadu 2015.

Experiment bere data za stabilních podmínek od léta 2016 v podzemní laboratoři Gran Sasso. S údaji získanými do konce roku 2016 lze stanovit předběžný horní limit pro pravděpodobnost porušení principu vyloučení Pauli v atomu[6]

Pořizování údajů bude pokračovat po další 3–4 roky až do období kolem 2020–2021, na jehož konci bude limit pro porušení zásady vyloučení Pauli snížen o další 2 řády, nebo alternativně porušení Pauliho bude objeven princip vyloučení.

Reference

  1. ^ „Pátrání po„ nemožných atomech “: snaha o malé porušení principu Pauliho vyloučení. Důsledky pro fyziku, kosmologii a filozofii“. Nadace Johna Templetona. Citováno 2017-06-30.
  2. ^ Messiah, A. M. L .; Greenberg, O. W. (1964). "Symetrizační postulát a jeho experimentální základy". Fyzický přehled B. 136 (1): 248–267. Bibcode:1964PhRv..136..248M. doi:10.1103 / PhysRev.136.B248.
  3. ^ Ramberg, E .; Snow, G. A. (1990). „Experimentální limit malého porušení Pauliho principu“. Fyzikální písmena B. 238 (2–4): 438–441. Bibcode:1990PhLB..238..438R. doi:10.1016 / 0370-2693 (90) 91762-Z.
  4. ^ „Multi-Configuration Dirac-Fock“. Citováno 2017-04-03.
  5. ^ Bellini, G .; et al. (2012). „Kosmicko-mionový tok a roční modulace v Borexinu v hloubce 3800 m ekvivalentu vody“. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2012 (5): 15. arXiv:1202.6403. Bibcode:2012JCAP ... 05..015B. doi:10.1088/1475-7516/2012/05/015.
  6. ^ Marton, J .; et al. (2017). „VIP-2 at LNGS: Experiment on the validity of the Pauli exclusion princip for elektrs“. Journal of Physics: Conference Series. 873 (1): 012018. arXiv:1703.01615. Bibcode:2017JPhCS.873a2018M. doi:10.1088/1742-6596/873/1/012018.