Físicos medem efeitos eletrodinâmicos quânticos com precisão sem precedentes

Cientistas do Instituto Max Planck de Física Nuclear usaram um

uma armadilha de Penning desenvolvida para armazenar íons individuais em um forte campo magnético de 4 Tesla em um vácuo quase perfeito.Como resultado do experimento, os físicos foram capazes de calcular a mudança nessa propriedade com uma precisão de até 13 dígitos.

Como uma partícula carregada com spin, cada elétrontem um momento magnético, explicam os cientistas. Ele, como uma agulha de bússola, é orientado em um campo magnético. A força deste momento magnético é determinada pelo fator g. Uma estimativa quantitativa deste parâmetro para um elétron livre é prevista com extraordinária precisão pela eletrodinâmica quântica.

O momento magnético de um elétron muda tão logodeixa de ser uma partícula "livre", entrando em interações com o ambiente, por exemplo, com o núcleo atômico. As pequenas mudanças no fator g que ocorrem durante a interação podem ser calculadas com base na eletrodinâmica quântica. Os resultados do experimento confirmaram os cálculos teóricos.

Esquema do experimento. Fonte: Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg

Em seu trabalho, os físicos usaram dois isótoposnéon: átomos com 12 e 10 nêutrons. As limitações dos experimentos anteriores estavam associadas às flutuações do campo magnético: diferentes efeitos de um campo magnético externo em diferentes átomos levam a uma diminuição na precisão da medição.

Para contornar essa limitação, no novo trabalhoos pesquisadores colocaram dois átomos simultaneamente no mesmo campo magnético em movimento acoplado. Com tal movimento, dois íons sempre giram um contra o outro ao longo de uma trajetória circular comum com um raio de apenas 200 μm. Graças a esse efeito, os pesquisadores conseguiram determinar a diferença nos fatores g de ambos os isótopos com uma precisão de registro de até 13 dígitos. Isso é 100 vezes maior do que a qualidade dos experimentos anteriores.

Confirmamos que o elétron realmente interage com o núcleo atômico através da troca de fótons, conforme previsto pela eletrodinâmica quântica.

Zoltan Harman, pesquisador do Instituto Max Planck de Física Nuclear e coautor do artigo

Os físicos planejam usar o novo método para pesquisas futuras. Por exemplo, comparações de matéria e antimatéria, bem como determinação ultraprecisa de várias outras constantes fundamentais da teoria padrão.

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