Momento magnetico dell'elettrone misurato con precisione da record

I fisici della Northwestern University nell'Illinois hanno determinato il valore del momento magnetico dell'elettrone

precisione della registrazione.La misurazione, con un’incertezza di 0,13 parti per trilione, riduce l’incertezza di un fattore 2,2 rispetto al record precedente, raggiunto nel 2008. L'elevata precisione della misurazione contribuirà ad espandere il modello standard della fisica delle particelle.

I ricercatori hanno sviluppato una configurazione in cuiun elettrone è trattenuto in una trappola di Penning in un campo magnetico costante di 5 Tesla.  La particella elementare è stata raffreddata a una temperatura alla quale il movimento ciclotronico dell'elettrone all'interno del dispositivo è quantizzato.

Per misurare momento magnetico, frequenzarotazione dell'elettrone e la frequenza del ciclotrone, i fisici hanno osservato i "salti quantici" dell'elettrone tra i livelli di energia più bassi. Allo stesso tempo, hanno utilizzato un piccolo gradiente di campo magnetico per condurre osservazioni quantistiche non distruttive, per non modificare l'incertezza di un sistema quantistico durante l'esperimento.

Schema della configurazione sperimentale - sistema di raffreddamento (a) ed elettrodo a trappola di Penning (b), nonché principio di misurazione (c). Immagine: X. Fan et al., Physical Review Letters

I ricercatori sono riusciti a registrare la precisioneessere raggiunto grazie alle proprietà dell'impianto. Il sistema proposto per il raffreddamento e la cattura degli elettroni aumenta la stabilità e l'uniformità del campo magnetico. Inoltre, gli scienziati hanno utilizzato un design migliorato del risonatore di intrappolamento, che può controllare con precisione il movimento assiale di un elettrone e sopprimere fortemente le transizioni di emissione spontanee tra i livelli quantici di una particella elementare.

I fisici sottolineano che il modello standard della fisicarichiede chiarimenti e integrazioni. Misurazioni accurate di particelle elementari e confronto dei risultati ottenuti con calcoli teorici aiuteranno a trovare i componenti mancanti di questo modello.

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In copertina: illustrazione artistica della misura del momento magnetico di un elettrone. Immagine: Carin Cain, American Physical Society