▲ 좌위). 전기장(E)과 자기장(B)에서의 스핀 세차운동
별표는 입자의 정지관성계에서의 장을 의미한다. 자기 모멘트(μ)와 전기 쌍극자 모멘트(d) 모두 입자의 스핀(S) 방향으로 정렬되어 있다. 수식의 m과 e는 각각 입자의 질량과 전하량을, c는 광속, 그리고 와 g는 각각 비례상수를 의미한다. 이 공식은 스핀이 외부 장을 중심으로 움직일 것을 알려준다.
▲ 우위). SQUID BPM 스테이션의 예상
구조. 시스템은 초전도체 니오븀 튜브와 알루미늄, 몇 개의 뮤메탈 층으로 차폐된다. 뮤 메탈은 니켈과 철의 합금으로 저주파 전자기장으로부터 전자기기를 차폐할 목적으로 종종 사용된다.

▲ 보양성자의 스핀 방향을 그 운동방향으로 정렬시켜 저장 링에 넣으면 양성자의 스핀이 저장 링의 평면에서 회전하는데, 이 실험의 핵심은 스핀이 회전하는 각도를 측정해 전기 쌍극자 모멘트의 값을 측정하는 것이다. 이를 위해 고안된 저장 링은 16개의 실린더형 디플렉터가 직선 구간으로 연결된 구조다.

▲ 보통 전하 2개가 붙어 있으면 전기 쌍극자 모멘트가 생기는데, 예를 들어 양성자는 쿼크 여러 개로 이루어져 있어 전기 쌍극자 모멘트를 갖는다. 양성자 같은 기본 입자의 전기 쌍극자 모멘트는 표준모형에서 허용하는 값(<10-31e·cm)보다, 표준모형을 넘어선 물리학에서 허용하는 값<10-24e·cm)이 더 크다. 문제는 아직까지 이 둘의 차이를 가려낼 수 있을 만큼의 정밀도로 측정할 수 없다는 것이다(현재까지의 측정 한계는 < 7.9×10-25e·cm). 만일 표준모형의 예측보다 더 큰 값의 전기 쌍극자 모멘트를 관측한다면, 이는 CP 대칭 깨짐의 새로운 근원을 보여줄 것이고, 새로운 물리학이 존재한다는 증거가 될 것이다.

발표논문

V. Anastassopoulos et al., “A Storage Ring Experiment to Detect a Proton Electric Dipole Moment”, arXiv:1502.04317 (2015) E.M. Metodiev et al., “Analytical benchmarks for precision particle tracking in electric and magnetic rings”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 797, pp. 311-318 (2015)