Точність вимірювання одного з основних властивостей елементарної частинки підвищили в 2,2 раза.
Фізики з Північно-Західного університету в Іллінойсі визначили значення магнітного моменту електрона з рекордною точністю. Вимірювання з похибкою в 0,13 трильйонних часток скорочує невизначеність в 2,2 раза в порівнянні з попереднім рекордом, досягнутим в 2008 році. Висока точність вимірювання допоможе розширити стандартну модель фізики елементарних частинок.
Дослідники розробили установку, в якій один електрон утримується в пастці Пеннінга в постійному магнітному полі силою 5 Тл. Елементарну частинку охолодили до температури, при якій циклотронний рух електрона всередині пристрою квантується.
Для вимірювання магнітного моменту, частоти обертання електрона і циклотронної частоти фізики спостерігали за «квантовими стрибками» електрона між нижчими енергетичними рівнями. При цьому вони використовували невеликий градієнт магнітного поля, щоб проводити квантові неруйнівні спостереження — не змінювати невизначеність квантової системи в процесі експерименту.
Схема експериментальної установки-системи охолодження (а) і електрода пастки Пеннінга (b), а також принцип вимірювання (C). Зображення: X. Fan et al., Physical Review Letters
Рекордної точності дослідникам вдалося домогтися завдяки властивостям установки. Запропонована система охолодження і захоплення електронів підвищує стабільність і однорідність магнітного поля. Крім того, вчені використовували удосконалену конструкцію уловлюючого резонатора, за допомогою якої можна точно контролювати осьовий рух електрона і сильно пригнічувати спонтанні емісійні переходи між квантовими рівнями елементарної частинки.
Фізики відзначають, що стандартна модель фізики вимагає уточнень і доповнень. Точні вимірювання елементарних частинок і порівняння отриманих результатів з теоретичними розрахунками допоможуть знайти відсутні компоненти цієї моделі.