Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kernphysik haben speziell den g-Faktor gemessen
Wie ein geladenes Teilchen mit Spin, jedes Elektronhat ein magnetisches Moment, erklären Wissenschaftler. Er ist wie eine Kompassnadel in einem Magnetfeld ausgerichtet. Die Stärke dieses magnetischen Moments wird durch den g-Faktor bestimmt. Eine quantitative Abschätzung dieses Parameters für ein freies Elektron wird mit außerordentlicher Genauigkeit durch die Quantenelektrodynamik vorhergesagt.
Das magnetische Moment eines Elektrons ändert sich sobaldes hört auf, ein "freies" Teilchen zu sein und tritt in Wechselwirkung mit der Umgebung, zum Beispiel mit dem Atomkern. Die winzigen Änderungen des g-Faktors, die während der Wechselwirkung auftreten, können basierend auf der Quantenelektrodynamik berechnet werden. Die Ergebnisse des Experiments bestätigten die theoretischen Berechnungen.
Schema des Experiments. Quelle: Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg
In ihrer Arbeit verwendeten Physiker zwei IsotopeNeon: Atome mit 12 und 10 Neutronen. Die Einschränkungen früherer Experimente waren mit Magnetfeldschwankungen verbunden: Unterschiedliche Wirkungen eines externen Magnetfelds auf verschiedene Atome führen zu einer Abnahme der Messgenauigkeit.
Um diese Einschränkung zu umgehen, in der neuen ArbeitDie Forscher platzierten zwei Atome gleichzeitig in gekoppelter Bewegung in demselben Magnetfeld. Bei einer solchen Bewegung rotieren immer zwei Ionen auf einer gemeinsamen Kreisbahn mit einem Radius von nur 200 µm gegeneinander. Dank dieses Effekts konnten die Forscher den Unterschied der g-Faktoren beider Isotope mit einer Rekordgenauigkeit von bis zu 13 Stellen bestimmen. Dies ist 100-mal höher als die Qualität früherer Experimente.
Wir haben bestätigt, dass das Elektron tatsächlich durch den Austausch von Photonen mit dem Atomkern wechselwirkt, wie von der Quantenelektrodynamik vorhergesagt.
Zoltan Harman, Forscher am Max-Planck-Institut für Kernphysik und Co-Autor der Veröffentlichung
Physiker wollen die neue Methode für zukünftige Forschungen nutzen. Zum Beispiel Vergleiche von Materie und Antimaterie sowie die ultrapräzise Bestimmung einer Reihe weiterer Naturkonstanten der Standardtheorie.
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