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
Темные фабрики: будущее промышленности без человека
Мнения
Астрономы открыли рекордно далекую от звезды суперземлю
Космос
Датские ученые омолодили стволовые клетки, изменив их «диету»
Наука
Биологи описали стратегии любви у мышей: защищаться или «странствовать»
Наука
Якутские инженеры создали боевого «Скорпиона» для битвы роботов
Новости
Количество DDoS-атак удвоилось в первом квартале 2025 года
Новости
Сдвиг поверхности земли при землетрясении зафиксировали из космоса
Космос
Не так уж жарко: выяснилось, какая погода была на Марсе в прошлом
Космос
Целый океан исчез на Земле: как это изменило историю нашей планеты
Наука
Минцифры запускает эксперимент с ИИ на «Госуслугах»: что он будет делать
Новости
Сжигать жир можно с помощью мыслей: как это работает
Наука
Маркетплейсы превратили шопинг в зависимость: как не потратить свои деньги
Наука
ChatGPT научили материться, как сантехника Валеру из Омска
Новости
Написать научный труд в эпоху нейросетей: как сделать ИИ помощником?
Мнения
Следы «долгожданной» черной дыры нашли в соседней галактике
Космос
В Анапе испытали устройство для сбора мазута со дна моря
Наука
Филиппинские физики создали дешевые жидкие линзы из обычной воды
Наука
Perplexity вслед за OpenAI заявила в суде о желании приобрести Chrome
Новости
В МГУ разработали математическую модель для предотвращения давки
Наука
Посмотрите на самое подробное изображение Солнца, сделанное зондом Solar Orbiter
Космос