Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S004445102312009XSearch for a New Internucleon Interaction Using Neutron Powder DiffractionПоиск нового межнуклонного взаимодействия с помощью порошковой дифракции нейтроновVoroninV. V.ВоронинВ. В. voronin_v_v_noemail@ras.ruShapiroD. D.ШапироД. Д. shapiro_d_d_noemail@ras.ruSemenikhinS. Yu.СеменихинС. Ю. semenikhin_s_yu_noemail@ras.ruKhansenT. S.ХансенТ. С. khansen_t_s_noemail@ras.ruНИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ;Санкт-Петербургский государственный университетPetersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center “Kurchatov Institute”; St. Petersburg State UniversityНИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ;Санкт-Петербургский государственный университетPetersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center “Kurchatov Institute”; St. Petersburg State UniversityНИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФPetersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center “Kurchatov Institute”Институт Лауэ-ЛанжевенаInstitut Laue-Langevin011220231646955963

The application of neutron powder diffraction to search for a new internucleon Yukawa-like interaction is considered. The essence of the method is in the investigation of dependency of the neutron scattering amplitude on the momentum transfer. The possible contributions to the scattering amplitude and to the integrated intensity of diffraction maxima were analyzed. The neutron diffraction experiment with silicon powder at D20 diffractometer of the ILL reactor (Grenoble, France) was performed. From the data obtained constraints on the coupling constant of the considered interaction were made. It is shown that in the interaction radius range of λ = 10–13–10—11 m they improve the values already existing in the literature. The result obtained is limited by imperfections of the experimental setup. Eliminating the instrumental contribution may allow increasing the sensitivity of the method by at least an order of magnitude.

Рассматривается применение метода порошковой дифракции нейтронов для поиска нового межнуклонного взаимодействия юкавского типа. Суть метода состоит в исследовании зависимости амплитуды нейтронного рассеяния от переданного импульса. Проанализированы возможные вклады в амплитуду рассеяния и в интегральную интенсивность дифракционных максимумов. Проведен эксперимент по дифракции нейтронов на порошке кремния на дифрактометре D20 реактора ILL (Гренобль, Франция). Из полученных данных определены ограничения на константу связи рассматриваемого взаимодействия. Показано, что в диапазоне радиусов взаимодействия Λ = 1010-13 --11 м они являются более строгими, чемуже существующие в литературе. Полученный результат ограничен несовершенством экспериментальной установки. Устранение инструментального вклада может позволить увеличить чувствительность метода как минимум на порядок.

G. Bertone, D. Hooper, and J. Silk, Phys. Rep. 405, 279 (2005).J. A. Frieman, M. S. Turner, and D. Huterer, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 46, 385 (2008).M. Shifman, A. Vainshtein, and V. Zakharov, Nucl. Phys. B 166, 493 (1980).А. Д. Сахаров, Письма в ЖЭТФ 5, 32 (1967).N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos, and G. Dvali, Phys. Lett. B 429, 263 (1998).B. Abi, T. Albahri, S. Al-Kilani et al., Phys. Rev. Lett. 126, 141801 (2021).C. E. Carlson, Prog. Part. Nucl. Phys. 82, 59 (2015).D. S. Firak, A. J. Krasznahorkay, M. Csatl'os et al., EPJ Web Conf. 232, 04005 (2020).D.V. Kirpichnikov, V. E. Lyubovitskij, and A. S. Zhevlakov, Phys. Rev. D 102, 095024 (2020).J. Murata and S. Tanaka, Class. Quantum Grav. 32, 033001 (2015).M. S. Safronova, D. Budker, D. DeMille et al., Rev. Mod. Phys. 90, 025008 (2018).S. Sponar, R. Sedmik, M. Pitschmann et al., Nat. Rev. Phys. 3, 309 (2021).B. A. Dobrescu and I. Mocioiu, J. High Energy Phys. 11, 005 (2006).P. Fadeev, Y. V. Stadnik, F. Ficek et al., Phys. Rev. A 99, 022113 (2019).W. M. Snow, C. Haddock and B. Heacock, Symmetry 2022, 14, 10 (2022).Y. J. Chen, W. K. Tham, D. E. Krause et al., Phys. Rev. Lett. 116, 221102 (2016).C. Delaunay, C. Frugiuele, E. Fuchs et al., Phys. Rev. D 96, 115002 (2017).A. Fajar and H. Mugirahardjo, Atom Indonesia 36, 1 (2010).V. K. Pecharsky, Fundamentals of Powder Di raction and Structural Characterization of Materials, Springer Science+Business Media, Inc. (2003).V. F. Sears, Phys. Rep. 141, 281 (1986).T. M. Sabine, Aust. J. Phys. 38, 507 (1985).A. Io e, D. L. Jacobson, M. Arif et al., Phys. Rev. A 58, 1476 (1998).G. C. Li, M. R. Yearian, and I. Sick, Phys. Rev. C 9, 1861 (1974).J.-M. Sparenberg and H. Leeb, J. Electron Spectros. Relat. Phenomena 129, 315 (2003).E. Prince, International Tables for Crystallography, Vol. C, Kluwer Acad. Publ. Dortrecht (2004).C. Flensburg and R. F. Stewart, Phys. Rev. B 60, 1 (1999).C. Malica and A. Dal Corso, Acta Cryst. A 75, 624 (2019).В. В. Воронин, И. А. Кузнецов, Д. Д. Шапиро, Письма в ЖЭТФ 107, 3 (2018).V. V. Voronin, D. D. Shapiro, J. Surf. Investig. 14, S198 (2020) https://link.springer.com/article/10.1134/S1027451020070502.V. V. Nesvizhevsky, G. Pignol, K. V. Protasov, Phys. Rev. D 77, 034020 (2008).Y. Kamiya, K. Itagaki, M. Tani et al., Phys. Rev. Lett. 114, 161101 (2015).