Физики с беспрецедентной точностью измерили квантово-электродинамические эффекты

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

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Под пирамидами Гизы нашли «скрытый город», но с учеными согласны не все
Наука
В Земле нашли «червоточину»: что происходит с литосферой
Наука
Появились новые фото угрожающего Земле астероида
Космос
Российский ИТ-рынок замедляется: почему это происходит и что дальше
Новости
«Яндекс» запустил конкурента Google и ChatGPT: чем отличается и как работает
Новости
Трагедию с Xiaomi на автопилоте начали расследовать в Китае
Новости
Посмотрите, как выглядит самый быстрый пассажирский самолет в мире
Новости
Странная форма материи меняет планеты: как она повлияет на Землю
Космос
Новые фотодиоды в 10 раз чувствительнее аналогов: они пригодятся в медицине
Наука
В России создадут региональный совет по дронам: зачем он нужен
Новости
Государство компенсирует бизнесу 20% затрат на роботов: как работает система
Новости
Разработан маршрутизатор для фотонов: он объединит квантовые компьютеры в единую сеть
Наука
ИИ обнаружил два новых гена, которые влияют на риск ишемического инсульта
Наука
Создание изображений в стиле Ghibli привело к рекордной нагрузке на ChatGPT
Новости
Физики МГУ оценили потенциал фотонных процессоров для нейросетей
Новости
Телескоп НАСА для изучения ранней Вселенной сделал первые снимки
Космос
Путин подписал закон против кибермошенничества: что изменится для россиян
Новости
Генератор изображений OpenAI теперь доступен бесплатно, но с ограничениями  
Новости
Apple готовит iOS 19: какие iPhone не получится обновить  
Новости
ЦЕРН представил проект нового коллайдера: что известно прямо сейчас
Наука