近日，TRIUMF的一个研究团队取得突破性技术成就，成功产生了创纪录数量的超冷中子(UCN)。6月13日，TRIUMF超冷先进中子源(TUCAN)合作组成员借助TRIUMF 520 MeV回旋加速器产生的束流生成一批中子，随后利用世界领先的新型低温基础设施，将它们冷却至约0.003开尔文(略高于绝对零度)。这一成果延续了2017年加拿大首次生产超冷中子的成功，创造了加拿大超冷中子生产的新纪录，也为探索“宇宙为何由物质构成”这一宇宙最持久谜团开启了新大门。
温尼伯大学加拿大一级研究主席、TUCAN合作项目联合发言人杰夫·马丁教授表示：“我们启动这个项目的目标是创造超冷中子生产的新世界纪录。如今已打破加拿大自己的纪录，新成果表明，世界纪录近在咫尺。”TRIUMF一直以超冷精度追寻亚原子世界的线索，试图解答宇宙尺度的重大问题。
不起眼的中子虽不带电荷，却存在于除氢原子外的每个原子中，可能为理解主宰宇宙的力量提供重要线索。在2012年发现希格斯玻色子之前，标准模型的最大缺陷之一就是无法解释宇宙中物质多于反物质的原因。宇宙大爆炸后，物质和反物质本应等量形成并全部湮灭成纯能量(光子形式)，但物质却占据主导，形成了如今以物质为主的宇宙，从基本粒子夸克到巨大行星和恒星皆是如此。
解释早期物质多于反物质现象的一个可能线索在于中子的内部结构。中子由三个带电夸克组成，总电荷为零，但若夸克排列不对称，中子内部可能出现微小的电荷分离，即中子电偶极矩(nEDM)。这种微小而短暂的电极性矩会改变中子与物质的相互作用方式。
若中子电偶极矩存在，其数值将无穷小。若将中子拉伸到地球大小，它只有一根头发丝那么宽。测量如此微弱信号，需将中子冷却到接近绝对零度(约0.003开尔文)，以捕获并精确研究。目前，科学家只能探测到大于1.1×10⁻²⁶ e - cm的中子电偶极矩。TRIUMF的实验及世界各地其他类似实验正竞相将这一极限提升至1×10⁻²⁷ e - cm，灵敏度提高约10倍。精度飞跃有助于探测到非常微弱的偶极矩信号，进而证实夸克之间的相互作用可能是宇宙物质形成的原因。
制造超冷中子(UCN)需先产生快中子，再用先进低温技术冷却。自然状态下，中子被束缚在原子核中，第一步是产生自由中子。在TRIUMF的UCN设施中，来自主回旋加速器的高能(480 MeV)质子撞击钨靶，钨靶中富含中子的原子核碎裂并释放出快中子。
这些中子分三个阶段冷却。首先，穿过室温重水，温度降至约300 K;接着，穿过液态氘，温度降至约20 K;最后，进入温度为0.9 K的超流氦，量子相互作用使它们发射声子、释放能量，直至达到约0.003 K的超低温。这些中子最初速度超过10,000公里/秒，后被减速到5米/秒以下，相当于短跑运动员的速度。
马丁教授称：“没有什么比打开一个简单的阀门，看着中子涌入探测器更令人欣喜的了。亚原子粒子能够如此缓慢地跳跃和移动，这真是一种神奇的体验。
在UCN装置的当前迭代中，研究人员跳过了液态氘步骤，这是真正开始大量释放中子前唯一剩下的关键步骤。完成这一步骤后，该设施每束脉冲探测到的中子数量将从94万个提升至惊人的5700万个，届时将准备好采集nEDM的数据。
TRIUMF研究科学家兼TUCAN合作者Rüdiger Picker博士表示：“TRIUMF是世界上唯一一个在加速器设施内配备如此齐全低温基础设施的设施。今年完成更多测试、安装液氘低温恒温器，并在2026年完成一些准备工作后，期待在2027年开始获取nEDM数据。”
TRIUMF产生的超冷中子为迄今为止超越标准模型的物理学最灵敏的测试之一奠定了基础。若实验成功，将有助于解释导致我们这个充满物质的宇宙以及人类自身存在的不平衡现象。
TUCAN合作项目衷心感谢众多支持者和资助者，包括加拿大创新基金会、加拿大研究主席计划、BC知识发展基金、曼尼托巴研究中心、加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)、日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构、核物理研究中心和大阪大学、山田科学基金会、村田科学基金会、京都大学和墨西哥国立自治大学。
