Как описано в выпуске журнала Science от 6 декабря 2013 г., команда JILA использовала свой новый метод вращения, чтобы провести первое измерение округлости электрона — технически, электрического дипольного момента электрона (eEDM), меры однородности заряд электрона между его полюсами. Измерения команды JILA пока не так точны, как измерения eEDM, сделанные другими группами. Но основная цель исследования в настоящее время — продемонстрировать новую мощную технику, которая в конечном итоге может обеспечить наилучшие измерения eEDM, а также может быть полезна в экспериментах с квантовой информацией и моделированием.JILA — это совместный институт Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере.

Сотрудник JILA / NIST Эрик Корнелл говорит, что его поиски по измерению eEDM — 5 лет и больше — так же сложно, как поиск одиночной вирусной частицы на объекте размером с Землю.«Наша статья представляет новый метод достижения лучшего предела» электрического дипольного момента электрона, — говорит Корнелл. «Мы надеемся, что в конечном итоге мы перескочим через существующие ограничения и получим еще лучший результат, но это произойдет как минимум через пару лет».Десятилетия назад физики считали, что электрон идеально круглый. В 1980-х годах идея небольшой асимметрии стала приемлемой, но любой eEDM считался слишком маленьким, чтобы его можно было увидеть.

Некоторые современные теории предсказывают, что eEDM может быть лишь немного меньше, чем показывают последние измерения, и может возникать из экзотических, пока неизвестных частиц.В настоящее время ученые пытаются раздвинуть пределы измерений eEDM, чтобы подтвердить или опровергнуть некоторые из конкурирующих теорий.

Текущий экспериментальный верхний предел намного, намного больше, чем eEDM, предсказанный Стандартной моделью физики. Но расширения этой модели, такие как суперсимметрия, предсказывают значение, близкое к экспериментальным пределам. Проводя более точные измерения, ученые надеются проверить эти новые теории.

Ученые пытаются измерить свойства быстрого электрона, прикрепляя его к более крупному объекту, например, к молекуле. Команда JILA сосредоточилась на электронах, связанных с ионами фторида гафния, так называемых полярных молекулах с положительным зарядом на одном конце и отрицательным — на другом.

Полярные молекулы могут быть захвачены и ими можно управлять с помощью электрических полей, чтобы они оставались в целевом состоянии в течение 100 миллисекунд, что достаточно для точного измерения. Электрическое поле внутри молекул используется для усиления потенциального сигнала eEDM.Новый метод JILA включает вращение электрических и магнитных полей достаточно быстро, чтобы захватить молекулярные ионы, но достаточно медленно, чтобы ионы выровнялись с электрическим полем.

Ионы вращаются в отдельных микрокругах, пока ученые измеряют их свойства. EDM — это разница между двумя уровнями магнитной энергии. Этот метод был разработан в сотрудничестве между Корнеллом и научным сотрудником JILA / NIST Джун Йе, который провел революционные исследования полярных молекул.Метод вращающегося поля может быть полезен в экспериментах с квантовой информацией, потому что квантовый бит может хранить информацию в течение более длительных периодов времени на своих уровнях электрической и магнитной энергии, чем в более часто используемых квантовых состояниях.

Возможность манипулировать взаимодействиями молекулярных ионов может также упростить моделирование других спиновых квантовых систем. Кроме того, новую технику можно использовать для исследования любых изменений во времени фундаментальных «констант» природы, используемых в научных расчетах.