По-видимому, нейтроны являются наиболее подходящим объектом для исследования гравитационного взаимодействия элементарных частиц. Однако существующие на данный момент экспериментальные данные все еще скудны, и их точность на несколько порядков ниже точности экспериментов с атомными интерферометрами.

Самая высокая задекларированная точность на фактор эквивалентности эквивалентность инерционной и гравитационной масс, принадлежит Кёстеру и равна 3*10^-4.

В нашем эксперименте 2006 года по проверке слабого принципа эквивалентности, где изменение энергии нейтрона, падающего на известную высоту в гравитационном поле Земли, компенсировалось квантом энергии который передавался нейтрону через нестационарное взаимодействие с движущейся дифракционной решеткой, была получена точность на фактор эквивалентности на уровне 2*10-3. Схожая точность была получена австрийской группой в экспериментах по наблюдению переходов между квантовыми состояниями ультрахолодных нейтронов, хранящихся на плоском зеркале в гравитационном поле Земли.

Первый квантовый эксперимент был проведен в 1975 году с помощью нейтронного интерферометра, и впервые был обнаружен фазовый сдвиг, вызванный гравитацией, который качественно согласовывался с теорией. Но позже была обнаружена разница между экспериментально наблюдаемыми и теоретически предсказанными фазовыми сдвигами около 1%, в то время как статистическая погрешность была на порядок меньше. Более поздние интерферометрические эксперименты не решили проблему. В 2004 году был проведен эксперимент с нейтронным спин-эхо спектрометром, где для фазового сдвига, вызванного гравитацией, авторы декларировали согласие с теоретически ожидаемым результатом на уровне 0,1%, в то время как общая точность измерения составила 0,25%.

В 2015 году мы предложили возможность нового типа эксперимента для проверки принципа слабой эквивалентности для нейтрона в геометрии нейтронного фонтана, где предлагалось измерять время пролета, соответствующее различным линиям дискретного энергетического спектра, возникающего при дифракции нейтронов на движущейся дифракционной решетке. Было показано, что в таком подходе можно достичь точности 10^-5. Главной проблемой этого подхода является необходимость идентичности линий спектра, соответствующих разным дифракционным порядкам. Нами было позднее осознано, что из-за углового распределения падающих нейтронов линии, соответствующие разным порядкам, будут неидентичны.

Недавно стало понято, что альтернативой изменению энергии нейтрона при нестационарной дифракции нейтронов на движущейся решетке в гравитационном эксперименте может служить эффект динамического отражения (с изменением энергии нейтрона) от магнитной пленки с вращающимся вектором намагниченности. Данный подход требует анализа с точки зрения возможной систематики.

Цель работы: проанализировать возможность постановки эксперимента по проверке слабого принципа эквивалентности с точностью 10^-4-10^-5 в геометрии нейтронного фонтана с изменением энергии нейтрона в результате динамического отражения от магнитной пленки с вращающимся вектором намагниченности.

Задачи:

1. Изучение основ нейтронной оптики основ взаимодействия нейтрона с магнитным полем.
2. Изучение теории отражения нейтрона от магнитной пленки с вращающимся вектором намагниченности.
3. Численные расчеты эксперимента.
4. Анализ возможной систематики.