Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Kernfysica gebruikten een speciale
Als een geladen deeltje met spin, elk elektronheeft een magnetisch moment, leggen wetenschappers uit. Hij is, als een kompasnaald, georiënteerd in een magnetisch veld. De sterkte van dit magnetische moment wordt bepaald door de g-factor. Een kwantitatieve schatting van deze parameter voor een vrij elektron wordt met buitengewone nauwkeurigheid voorspeld door kwantumelektrodynamica.
Het magnetische moment van een elektron verandert zodrahet houdt op een "vrij" deeltje te zijn, dat interacties aangaat met de omgeving, bijvoorbeeld met de atoomkern. De kleine veranderingen in de g-factor die optreden tijdens de interactie kunnen worden berekend op basis van kwantumelektrodynamica. De resultaten van het experiment bevestigden de theoretische berekeningen.
Schema van het experiment. Bron: Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg
In hun werk gebruikten natuurkundigen twee isotopenneon: atomen met 12 en 10 neutronen. De beperkingen van eerdere experimenten waren geassocieerd met magnetische veldfluctuaties: verschillende effecten van een extern magnetisch veld op verschillende atomen leiden tot een afname van de meetnauwkeurigheid.
Om deze beperking te omzeilen, in het nieuwe werkde onderzoekers plaatsten twee atomen tegelijkertijd in hetzelfde magnetische veld in gekoppelde beweging. Bij zo'n beweging roteren twee ionen altijd tegen elkaar langs een gemeenschappelijk cirkelvormig traject met een straal van slechts 200 m. Dankzij dit effect konden de onderzoekers het verschil in de g-factoren van beide isotopen bepalen met een recordnauwkeurigheid tot 13 cijfers. Dit is 100 keer hoger dan de kwaliteit van eerdere experimenten.
We hebben bevestigd dat het elektron inderdaad een interactie aangaat met de atoomkern door de uitwisseling van fotonen, zoals voorspeld door kwantumelektrodynamica.
Zoltan Harman, onderzoeker bij het Max Planck Institute for Nuclear Physics en co-auteur van de paper
Natuurkundigen zijn van plan de nieuwe methode te gebruiken voor toekomstig onderzoek. Bijvoorbeeld vergelijkingen van materie en antimaterie, evenals ultraprecieze bepaling van een aantal andere fundamentele constanten van de standaardtheorie.
Lees verder:
Quantumsimulator toonde de verdeling van een elektron in delen in een eendimensionale ruimte
Natuurkundigen hebben een atomaire laser gemaakt die voor altijd kan werken
Twee planeten niet ver van de aarde gevonden die erg op de onze lijken