;
Наука 19 июня 2022

Физики с беспрецедентной точностью измерили квантово-электродинамические эффекты

Далее

Исследователи измерили крошечную разницу в магнитных свойствах двух изотопов высокозаряженного неона в ионной ловушке с недостижимой ранее точностью. Результаты подтверждают стандартную модель физики.

Ученые из Института ядерной физики Макса Планка использовали для измерения g-фактора специально разработанную ловушку Пеннинга для хранения одиночных ионов в сильном магнитном поле 4 Тесла в почти идеальном вакууме. В результате эксперимента физикам удалось рассчитать изменение этого свойства с точностью до 13 знака.

Как заряженная частица со спином, каждый электрон обладает магнитным моментом, объясняют ученые. Он, как стрелка компаса, ориентируется в магнитном поле. Сила этого магнитного момента определяется g-фактором. Количественная оценка этого параметра для свободного электрона с необычайной точностью предсказана квантовой электродинамикой.

Магнитный момент электрона изменяется, как только он перестает быть «свободной» частицей, вступая во взаимодействия с окружающей средой, например, с атомным ядром. Крошечные изменения g-фактора, которые происходят в процессе взаимодействия, можно рассчитать на основе квантовой электродинамики. Результаты эксперимента подтвердили теоретические расчеты.

Схема эксперимента. Источник: Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg

В своей работе физики использовали два изотопа неона: атомы с 12 и 10 нейтронами. Ограничение предыдущих экспериментов были связаны с флуктуациями магнитного поля: разное воздействие внешнего магнитного поля на разные атомы приводит к снижению точности измерений.

Чтобы обойти это ограничение, в новой работе исследователи поместили два атома одновременно в одно и то же магнитное поле в связанном движении. При таком движении два иона всегда вращаются друг против друга по общей круговой траектории с радиусом всего 200 мкм. Благодаря этому эффекту, исследователи смогли определить разницу g-факторов обоих изотопов с рекордной точностью до 13 знаков. Это в 100 раз превышает качество предыдущих экспериментов.

Мы подтвердили, что электрон действительно взаимодействует с атомным ядром посредством обмена фотонами, как это и предсказывает квантовая электродинамика.

Золтан Харман, исследователь из Института ядерной физики Макса Планка и соавтор работы

Физики планируют использовать новый метод для будущих исследований. Например, сравнения материи и антиматерии, а также сверхточного определения ряда других фундаментальных констант стандартной теории.


Читать далее:

Квантовый симулятор показал разделение электрона на части в одномерном пространстве

Физики создали атомный лазер, который может работать вечно

Недалеко от Земли нашли две планеты, которые очень похожи на нашу