Квантовую электродинамику проверили в мюонном неоне

Физики из США, Франции и Японии измерили частоты переходов между высоколежащими уровнями в мюонном неоне. Так называют связанную систему, состоящую из ядра неона и мюона. Выбранные учеными уровни были достаточно далеки, чтобы на проверку квантовой электродинамики в сильном кулоновском поле влияли неопределенности размера ядра. Результаты расчетов оказались в хорошем согласии с теорией. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Прецизионная спектроскопия водородоподобных атомов позволяет проверять поправки квантовой электродинамики к энергиям атомных уровней. Сама квантовая электродинамика при этом дает довольно точные предсказания. Например, в случае перехода 1S-2S атома водорода точность теории составляет примерно три миллионные части, а эксперимента — одну миллиардную часть. Подробнее про спектроскопию водородоподобных атомов читайте в материале «Щель в доспехах». Один из процессов, влияющий на энергию электрона, — это краткосрочное превращение виртуального фотона в электрон-позитронную пару — он носит название поляризации вакуума. Вклады от поляризации вакуума тем ощутимее, чем сильнее электростатическое взаимодействие между ядром и лептоном, поэтому для обычного атома водорода они малы. Для того, чтобы исследовать квантовую электродинамику в режиме сильного поля физики используют многозарядные ионы, либо мюонные атомы. В последних электрон заменен на мюон, из-за чего лептон оказывается в 200 раз ближе к ядру. Такума Окумура (Takuma Okumura) из Лаборатории атомной, молекулярной и оптической физики RIKEN и его коллеги из США, Франции и Японии выбрали второй путь. Они провели высокоточную рентгеновскую спектроскопию высоколежащих уровней мюонного неона. Результаты измерения оказались в хорошем согласии с предсказаниями квантовой электродинамики в сильном поле. Спектроскопия мюонных атомов чаще всего ассоциируется с проблемой протонного радиуса: из-за того, что орбита мюона сильно меньше, чем у электрона, поправка на размер ядра имеет большую значимость. В материале «Щель в доспехах» мы рассказывали о противоречии между спектроскопическими данными, полученными на обычном и мюонном водороде. В своей работе Окумура с коллегами, наоборот, старались дистанцироваться от влияния ядра из-за неточностей, которые несет его влияние. Для этого они измеряли частоты переходов 5g—4f и 5f—4d: в этом случае мюон, с одной стороны, достаточно далек от ядра, чтобы соответствующие ошибки были относительно малы, с другой стороны, достаточно близок к ядру, чтобы его кулоновское поле оставалось большим. Теоретические оценки показывают, что вклады поляризации вакуума для выбранных переходов достигает нескольких сотых долей процента от частоты. Эксперимент проходил на ускорителе J-PARC, Япония. Пучки мюонов подавались на газовую мишень, состоящую из изотопов неона в естественной пропорции. В газе мюоны захватывались атомами и испытывали релаксацию, сопровождающуюся потерей атомом всех электронов в результате каскада оже-переходов, а также излучением рентгеновских квантов. Авторы измеряли последние с помощью сверхпроводящих рентгеновских калориметров с многопиксельным датчиком на краю перехода (transition-edge sensor). Для калибровки датчиков налету они подмешивали к сигналу рентгеновские линии хрома, кобальта и меди. В выбранном диапазоне энергий физиков интересовал сигнал от переходов между уровнями с главными квантовыми числами мюона 5 и 4, а также 7 и 5. Последний позволил убедиться в полной эл...

Читать полный текст на nplus1.ru

 

Опубликовано: 21:55, 01.05.2023

 

Новость из рубрики: Наука

 

Поделиться новостью:

 

Топ новости часа

• С 28 октября войти в «Госуслуги» с логином и паролем больше не получится...
• Starlink в Украине. Где купить и как пользоваться...
• Гран-при Австралии-2023. Расписание трансляций...
• Хозяин "Пятёрочки" рассказал, что россияне стали патриотами и разлюбили западные бренды...
• Де Хеа сделал 5-ю результативную ошибку со старта прошлого сезона – у него и Льориса их больше всего среди игроков АПЛ...
• Когда выйдут данные по инфляции в Великобритании и как они могут повлиять на GBP/USD?...