Die Suche nach dem elektrischen Dipolmoment des Neutrons

Warum existieren wir?

Genauer gefragt, warum gibt es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie? Als sich das Universum kurz nach dem Urknall abkühlte, bildeten sich aus Strahlung Materie-Antimaterie-Paare. Kommen diese wieder zusammen, zerstrahlen sie zurück in Energie. Wie ist es also möglich, dass Materie übrig geblieben ist, um nun Planeten, Sterne und ganze Galaxien zu bilden? Eine Antwort kann die Theorie uns bislang nicht geben, allerdings gibt es einige Kriterien, die erfüllt sein müssen, um ein Ungleichgewicht im Universum zu erzeugen: Eines davon sind Verletzungen der Invarianz von Parität und Zeitumkehr. Es muss also einen Unterschied machen, in welcher räumlichen und zeitlichen Richtung eine Wechselwirkung abläuft. Ein möglicher Kandidat für eine sogenannte PT-Verletzung ist die Existenz eines permanenten elektrischen Dipolmoments des Neutrons.

Neutronen sind aus zwei Downquarks (Ladung jeweils -1/3) und einem Upquark (Ladung 2/3) aufgebaut. Da sie außerdem ausgedehnte Teilchen sind, liegt daher die Vermutung nahe, dass im Inneren des Neutrons eine Ladungsverteilung vorliegt. Eine asymmetrische Verteilung würde daher ein elektrisches Dipolmoment erzeugen. Das n2edm-Experiment, das am Paul Scherrer Institut durchgeführt wird, hat zum Ziel, die Genauigkeit, mit der eine Existenz des Dipolmoments ausgeschlossen werden kann, zu verbessen.

Aktuell liegt die untere Grenze des elektrischen Dipolmoments des Neutrons bei 2,9·10-26 ecm.