Physiker der Northwestern University im US-Bundesstaat Illinois haben den Wert des magnetischen Moments eines Elektrons mit
Die Forscher entwickelten einen Aufbau, bei dem ein einzelnes Elektron in einer Penningfalle in einem konstanten Magnetfeld von 5 T gefangen wird. Das Elementarteilchen wurde auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Zyklotronbewegung des Elektrons im Inneren des Geräts quantisiert wird.
Zur Messung des magnetischen Moments, der FrequenzRotation des Elektrons und der Zyklotronfrequenz beobachteten Physiker die "Quantensprünge" des Elektrons zwischen den niedrigsten Energieniveaus. Gleichzeitig verwendeten sie einen kleinen Magnetfeldgradienten, um zerstörungsfreie Quantenbeobachtungen durchzuführen – um die Unsicherheit eines Quantensystems während des Experiments nicht zu verändern.
Schema des Versuchsaufbaus – Kühlsystem (a) und Penningfalle-Elektrode (b) sowie Messprinzip (c). Bild: X. Fan et al., Physical Review Letters
Forschern gelang Rekordgenauigkeitaufgrund der Eigenschaften der Installation erreicht werden. Das vorgeschlagene System zum Kühlen und Einfangen von Elektronen erhöht die Stabilität und Gleichmäßigkeit des Magnetfelds. Darüber hinaus verwendeten die Wissenschaftler ein verbessertes Design des Einfangresonators, der die axiale Bewegung eines Elektrons genau steuern und spontane Emissionsübergänge zwischen den Quantenniveaus eines Elementarteilchens stark unterdrücken kann.
Physiker weisen darauf hin, dass das Standardmodell der Physikerfordert Klarstellungen und Ergänzungen. Genaue Messungen von Elementarteilchen und der Vergleich der erhaltenen Ergebnisse mit theoretischen Berechnungen werden helfen, die fehlenden Komponenten dieses Modells zu finden.
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Auf dem Umschlag: Künstlerische Darstellung der Messung des magnetischen Moments eines Elektrons. Bild: Carin Cain, American Physical Society