Исследователи из Института ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге успешно провели экспериментальное измерение g-фактора внешнего электрона в ионе литийподобного олова, сопоставив результаты с усовершенствованными теоретическими расчетами квантовой электродинамики (КЭД). Совпадение полученных данных стало очередным подтверждением точности предсказаний КЭД и приближает нас к обнаружению пределов её применимости. Работа была опубликована в престижном журнале Science.
g-фактор характеризует взаимосвязь между спином электрона и его магнитным моментом. Теоретически, согласно теории Дирака, это значение равно 2. Однако, учитывая квантовые поправки, включая взаимодействие с «виртуальными фотонами» и вакуумом, реальное значение отличается. Эти отклонения весьма точно прогнозируются КЭД.
Хотя величина отклонения крайне мала, её измерение позволяет проводить тестирование теории с невероятной точностью. Исследователи выполнили вычисления всех электромагнитных взаимодействий в ионе литийподобного олова, включая сложные поправки КЭД. Также учтены уточнения, основанные на предыдущих измерениях в водородоподобном олове. В результате, теоретически предсказанный g-фактор составил 1.980 354 797(12), с погрешностью всего 12 в последней цифре, что приблизительно в 25 раз точнее предыдущих расчетов для подобных систем.
Эксперимент был проведен с использованием криогенной ловушки Пеннинга ALPHATRAP. Сильное магнитное поле вызывало специфические колебания ионов и прецессию спина внешнего электрона. Частоты этих колебаний и спин-флипов, вызванных микроволновым излучением, были тщательно измерены.
Результаты эксперимента полностью совпали с теоретическими прогнозами в пределах погрешности, подтверждая, что КЭД продолжает быть точным описанием микромира даже в условиях экстремальных электромагнитных полей.
В дальнейшем планируется измерение g-фактора для более тяжелых ионов, а также проведение уточненных расчетов эффектов высших порядков. В недавнем прошлом был установлен новый мировой рекорд в области оптоволоконной связи.