Elektron konuşmasını dinlemek

Kuantum elektrodinamiği - hassasiyet için rekabet

Kuantum elektrodinamiği (QED), ışık (fotonlar) dahil tüm elektromanyetik fenomenleri tanımlayan temel teoridir. Aynı zamanda, fizikte en hassas test edilen teoridir. Milyar başına 0,1 parçaya kadar çeşitli şekillerde sıkı bir şekilde test edilmiştir. Ancak fizikçileri onu daha titiz bir şekilde test etmeye ve olası sınırlarını keşfetmeye iten bu teorinin sadece gücüdür. Herhangi bir önemli sapma yeni fizik için bir ipucu olacaktır.

QED, yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimi, "sanal" fotonların değişimi - bir atomdaki elektronların birbirlerine ve çekirdeğe ve çekirdeğe - ve bir fotonun yeniden emilmesi, "kendini enerji" adı verilen QED etkisi yoluyla kendileriyle anlar. Ayrıca, fiziksel boşluğun boş olmadığı, ancak her zaman "hiçbir şeyden" görünen ancak kuantum fiziğinin belirsizlik prensibi tarafından belirlenen sınırlar içinde kaybolması gereken elektron-pozitron çiftleri gibi sanal parçacıklarla doldurulduğu ortaya çıktı. Bu ürkütücü görünse de, 1940'larda zaten atom fiziğinde yapılan deneylerin altta yatan fiziğini açıklamanın yoludur.

QED fenomenlerine son teknoloji ürünü erişim, sözde G-mekaniğinin (iç açısal momentum: spin) ve manyetik özelliklerin ilişkisini tanımlayan elektron faktörü. Dirac'ın teorisine (göreceli kuantum mekaniği) göre, G-Serbest elektron faktörü tam olarak 2 olmalıdır. Ancak, çeşitli QED etkileşimleri G-ve 2. QED etkilerinden küçük ama kesin olarak ölçülebilir bir sapmaya yol açar. Elektronlar, ağır elementlerde yüksek nükleer yük nedeniyle son derece yüksek elektrik alanını yaşar. En basit sistemler, hem teorik hem de deneysel olarak büyük başarı ile araştırılan hidrojen benzeri yüksek yüklü iyonlardır. .

Ortak işbirliğine dayalı deneysel-teorik çalışmada, Heidelberg'deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'ndeki araştırmacılar şimdi araştırdı. G-Lityum benzeri kalay içinde en dış sınırlı elektron faktörü. Bu sistem hidrojene benzer, ancak iç atomik kabuğun sıkıca bağlı iki elektronu ile etkileşimi ekler.

Teori: Başından beri Qed hesaplamaları

Bir Başından beri Hesaplama, belirli bir dereceye kadar QED etkileri de dahil olmak üzere temel düzeyde bileşenler arasındaki tüm elektromanyetik etkileşimleri dikkate alır. Elektron yapısı etkileri, elektron değişim fotonlarının hesaplamalara dahil edildiği ve elektronun diğer elektronlarla hem de kendisi veya vakumla etkileşime girdiği QED tarama etkileri. . Başından beri Hidrojen benzeri kalaydaki son ölçümden çıkarılan iki döngü QED katkısı kullanılarak tahmin daha da geliştirildi lityum benzeri elektron kasasına ölçeklendirilir. Bu, "deneysel olarak geliştirilmiş" teorik bir tahmin verir

G_th = 1.980 354 797 (12)

parantez içinde verilen belirsizlik ile. Hidrojen benzeri durumla karşılaştırıldığında, bu genel olarak 25 katlı bir gelişmedir.

Deney: Spin dönmelerini saymak

Ölçümü G Bağlı elektronun faktörü MPIK'teki kriyojenik penning tuzağı alfatrap kullanılarak yapıldı. Tuzağın içindeki güçlü manyetik alan, alan tarafından sınırlandırılan iyonun karakteristik bir hareketine ve ayrıca küçük bir manyetik dönen üst gibi dış elektronun dönüşünün önlenmesine yol açar. . G Faktör, manyetik alan bu hesaplamadan çıkarılırken, iyonun hareket frekansının oranından ve önleme frekansından çıkarılabilir. İyon hareketi doğrudan "hassas tuzak" ın tuzak elektrotlarındaki küçük indüklenen elektrik sinyallerinden tespit edilebilir. Öncelik frekansını belirlemek için, bir spin flight'ı indükleyebilen tuzağa mikrodalga radyasyonu gönderilir, spin oryantasyonunda bir değişiklik (nicelleştirme nedeniyle sadece iki ölçülebilir spin durumu "yukarı" ve "aşağı" vardır). Mikrodalga önlük frekansını yeniden eşleştirdiğinde spin dönmeleri oranı maksimuma ulaşır.

Sonuçlar ve Görünüm

Lityum benzeri kalay iyonunun G faktörü için deneysel değer

G_exp = 1.980 354 799 750 (84)_stat(54)_somu(944)_genişletme

Parantez içinde verilen istatistiksel, sistematik ve dış belirsizliklerle. Dış belirsizliklere, şu anda deneysel doğruluğu sınırlayan iyon kütle belirsizliği hakimdir. Genel doğruluk milyar başına 0,5 kısımdır. Deneysel sonuç, hesaplamanın belirsizliği içinde yukarıda verilen teorik tahmin ile iyi anlaşılmaktadır. Deneysel tarafta, kütle değerinin hassasiyetini bir büyüklük sırasından daha fazla iyileştirmek ve sonuç olarak G Teorideki gelişmelerle motive edilirse faktör. Gelecekte, daha ağır lityum benzeri sistemlerin ölçümleri ²⁰⁸Pb⁷⁹⁺ Ve iki döngü QED hesaplamalarında beklenen ilerleme, güçlü elektrik alan rejiminde yüksek yüklü iyonlar kullanarak daha iyi testler sağlayacaktır. Interelektronik QED etkileri için burada geliştirilen ileri teorik yöntemler uygulanabilir. G-Daha karmaşık iyonların (bor veya karbon benzeri) faktör hesaplamaları, nötr atomlarda ve diğer etkilerde parite koruyamayan geçişler.