Физики реализовали однопозитронный квантовый циклотрон
И разрешили его низшие циклотронные и спиновые уровни
Один позитрон впервые стал квантовым циклотроном: физики удержали его в ловушке Пеннинга и разрешили его низшие циклотронные и спиновые уровни. Для этого физики направили античастицу через монокристалл вольфрама в поле с квадратичной добавкой по координате и увидели энергетический переход на один и два кванта, а также спиновый переворот при сильном возбуждении. Экспериментальная установка в будущем позволит определить магнитный момент позитрона с точностью 10-13, сравнимой с аналогичным измерением для электрона. Такой результат станет новым этапом проверки CPT-инвариантности для лептонов. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Это сложная для понимания новость. Чтобы разобраться в исследовании по физике, недостаточно просто интересоваться устройством окружающего мира — нужны глубокие знания, в том числе в области обработки данных, программирования и работы с нейросетями. Получить их и превратить интерес в реальные навыки поможет Т-Образование. А если вы только начинаете этот путь или выбираете его для ребенка, первым шагом может стать Московская школа программистов.
Хотите увеличить сложность? Научим.
Симметрию физических законов относительно одновременной инверсии зарядового сопряжения, четности и времени можно проверить на частном сравнении магнитных моментов частицы и соответствующей ей античастицы. Физики уже проверили CPT-инвариантность на магнитном моменте протона и антипротона с точностью 10-9, а для электрона и позитрона классический циклотронный метод дал точность около 10-11. При этом использование квантового циклотронного метода для электрона уточнило результат на два порядка — до 10-13. Достижение аналогичного уровня ошибки для позитрона позволило бы гораздо строже проверить CPT-инвариантность физических законов.
Физики под руководством Джеральда Габриэльса (Gerald Gabrielse) из Северо-Западного университета создали экспериментальную установку и проверили на ней возможность квантового неразрушающего детектирования циклотронных и спиновых состояний единичного позитрона для будущего измерения его магнитного момента с точностью, сопоставимой с таковой для электрона.
Для этого исследователи использовали бета-распад ядер 22Na, чтобы получить позитрон, который затем замедлили в монокристаллическом вольфрамовом модераторе и направили через отверстие в электроде в цилиндрическую ловушку Пеннинга. Саму ловушку авторы работы охладили до 300 милликельвин с помощью рефрижератора растворения, а сильное поле индукцией 5,6 Тесла обеспечили сверхпроводящим соленоидом. Чтобы провести квантовое неразрушающее детектирование, физики реализовали так называемую «магнитную бутылку»: экспериментаторы добавили к основному полю квадратичный член, который сдвинул аксиальную частоту на 3,8 герца при изменении энергии на один квант.
В итоге исследователи зафиксировали, что микроволновое излучение с частотой примерно 156 гигагерц возбудило одноквантовые переходы из основного состояния (увеличение энергии сразу на два кванта произошло при более сильном возбуждении). Помимо этого, физики увидели спиновые перевороты при одновременном приложении аномального и циклотронного возбуждения. Точность обоих результатов позволила подробно проанализировать квантование самых низких уровней позитрона, а также подтвердила, что в ловушке заперли ровно одну частицу. Время жизни циклотронного возбуждения позитрона при этом увеличилось с 83 миллисекунд до 4 секунд.
Авторы работы подчеркнули, что дальнейшая оптимизация экспериментальной установки и оценка погрешностей позволят в будущем измерить магнитный момент позитрона с той же точностью, с которой измерен магнитный момент электрона — примерно 10-13. Что в свою очередь поможет проверить CPT-инвариантность пары электрон-позитрон и, возможно, уточнить параметры стандартной модели.
Экспериментаторы давно исследуют античастицы не только по одной: например, о том, как физики перевезли 92 антипротона по территории ЦЕРНа, мы писали ранее.
Реклама: АНО ДПО «Т-Образование», ИНН 7743270426, erid: 2W5zFHzDndP