Группа ученых-физиков из Гарвардского университета и Северо-Западного университета провела ряд экспериментов, в ходе которых было получено самое точное на сегодняшний день значение магнитного момента электрона. Магнитный момент электрона — это параметр, который определяется электрическими свойствами и параметрами вращения этой частицы. Из всех элементарных свойств электрона магнитный момент является одним из наиболее изученных и измеренных с высокой точностью величин.
Схема экспериментальной установки — системы охлаждения (а)
и электрода ловушки Пеннинга (b), а также принцип измерения (с)
© X. Fan et al./ Physical Review Letters, 2023
Измерение магнитного момента электрона с более высокой точностью имеет очень важное значение в связи с тем, что такие измерения в будущем позволят получить полностью завершенную и гармоничную Стандартную Модель физики элементарных частиц. Магнитный момент частиц, таких, как электрон, используется физиками для проверки Стандартной Модели путем изучения и измерения параметров взаимодействия между ними и виртуальными частицами, которые возникают и тут же исчезают в объеме вакуумной камеры. Такие исследования включают измерения эффектов коллизий, так называемого g-фактора, и других величин, которые потом сравниваются с теоретическими значениями Стандартной Модели.
Отметим, что точность последнего измерения магнитного момента электрона превышает в два раза точность предыдущего измерения, которое было сделано 14 лет назад. И такой длительный перерыв указывает на то, что подобные измерения являются достаточно сложной работой.
Во время новых измерений ученые «поймали» единичный электрон в ловушке Пеннинга с магнитным полем в 5 Тесла, которое поддерживалось в высокостабильном состоянии. Температура в вакуумной камере была понижена до точки, очень близкой к абсолютному нулю, после чего ученые начали регистрировать «квантовые переходы» электрона между энергетическими уровнями.
Создав искусственный градиент магнитного поля в ловушке, ученые смогли выполнить квантовые неразрушающие измерения (quantum nondemolition detection), позволяющие измерить параметры квантовых переходов, не нарушая и не изменяя квантового состояния электрона. И в результате было получено новое значение магнитного момента электрона, равное на сегодняшний день 1.001 159 652 180 59 (13), точность которого составляет 0.13 части на один триллион (0.13 ppt).
И в заключении следует отметить, что результаты данных измерений будут сразу же использоваться в новых тестах Стандартной Модели другими группами ученых-физиков.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters
Источник: dailytechinfo.org
