JILAs forgyldte ionfælde til måling af elektronens rundhed, eller elektrisk dipolmoment (EDM). De seks "finner" i forgrunden er elektroder fastgjort til fældens nedre endehætte. Når den er samlet, fælden placeres i et vakuumkammer, og elektroderne oplades med op til 100 volt for at begrænse hafniumfluoridioner (ladede molekyler). Forskere roterer elektriske og magnetiske felter hurtigt nok til at fange molekylionerne, men langsomt nok til, at ionerne kan stemme overens med det elektriske felt. Ionerne roterer derefter individuelt, mens forskere måler deres egenskaber. EDM er forskellen mellem to magnetiske energiniveauer. Kredit:JILA
JILA -fysikere har for første gang brugt deres spinningmolekyleteknik til at måle elektronens "rundhed", bekræfter de førende resultater fra en anden gruppe og tyder på, at mere præcise vurderinger er mulige.
Forskerne fangede og snurrede elektrisk ladede molekyler (ioner) for at måle deres elektroners symmetri, teknisk kendt som elektronens elektriske dipolmoment (eEDM), hvilket er ladningens ensartethed mellem elektronens to poler. Små afvigelser fra perfekt elektronrundhed (en anden eEDM end nul) ville give ny indsigt i grundlæggende fysik, herunder værdierne for naturlige konstanter i løbet af universets tidligste historie, og om aktuelle fysiksteorier er korrekte. EEDM -eksperimentet er også banebrydende for nye præcisionsmålingsteknologier.
Som rapporteret i Fysisk gennemgangsbreve , JILA -teamet rapporterede en øvre grænse for eEDM på 1,3 x 10 -28 e-cm-et minimalt tal, der angiver, at elektronen i det væsentlige er rund-hvilket bekræfter et resultat fra 2014 af The ACME Collaboration.
JILA drives i fællesskab af National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Colorado Boulder.
"Vores svar er, at en elektrons elektriske dipolmoment er meget lille, i overensstemmelse med nul, "NIST/JILA Fellow Eric Cornell sagde." Vi er egentlig bare en bekræftende måling, ikke sætter en ny grænse, men det er vigtigt, fordi vi bruger en tilgang, der er radikalt forskellig fra alle tidligere målinger. Det faktum, at vi ikke desto mindre får det samme svar, eliminerer stort set muligheden for, at vi simpelthen tog fejl, eller som den anden gruppe gjorde. "
JILA -arbejdet gav uafhængig bekræftelse af ACMEs resultat ved hjælp af et andet fysisk system og eksperimentel teknik, herunder en særlig fælde udviklet i 2013. Metoden giver unikke fordele, især lange målingstider, tilbyder fremtidigt potentiale for mere følsomme eEDM -søgninger og andre test af grundlæggende fysik.
Cornell har viet meget af det sidste årti til eEDM -søgen.
"Ny partikelfysik er blevet opdaget ved målinger af andre præcisionsdipolmomenter, "Cornell forklarede." EDM er som et stort teleskop, der ser på rester af asymmetri, der er tilbage fra Big Bang for 14 milliarder år siden. Universet, som vi ser det i dag, eksisterer kun fordi der helt tilbage da der var et par flere partikler end antipartikler. Vi leder efter nutidens fossiler af den gamle asymmetri, og en sandsynlig kandidat ville være en elektron, der er ukorrekt, så dets spejlbillede ser anderledes ud. Det faktum, at vi ikke har set det fossil endnu, er overraskende, men det er også en anelse. "
JILA -teknikken spinder hafniumfluoridioner, "polare" molekyler med en positiv ladning i den ene ende ("pol") og en negativ ladning ved den anden pol. Polare molekyler kan fanges og manipuleres med elektriske felter for at forblive i ønskede tilstande i relativt lange perioder - 700 millisekunder i det nye eksperiment, næsten 700 gange længere end de bedste konkurrerende metoder (termiske stråler af neutrale atomer eller molekyler).
JILA -forskere roterer elektriske og magnetiske felter hurtigt nok til at fange molekylionerne, men langsomt nok til, at ionerne kan stemme overens med det elektriske felt. Ionerne roterer derefter i individuelle mikrocirkler
mens forskere måler deres egenskaber. Det elektriske felt inde i molekylerne forstærker det potentielle signal fra eEDM, hvilket er forskellen mellem to magnetiske energiniveauer.
JILA -forskere indsamlede 360,3 timers data, herunder 1, 024 eEDM målinger. Teamet brugte en række forskellige teknikker til at finde og rette for systematiske fejl.
I den nærmeste fremtid, forskere forventer at fordoble deres målefølsomhed ved hjælp af en ny ionfælde, som vil indeholde dobbelt så mange ioner, afkøle dem til et volumen op til 100 gange større, og brug et mere ensartet roterende elektrisk felt.
Rotationsfeltteknikken kan være nyttig i andre forsøg. For eksempel, kvantebits, der blev brugt i kvanteberegning, kunne holde information længere i elektriske og magnetiske energiniveauer end i mere almindeligt anvendte kvantetilstande. Ud over, den nye teknik kan bruges til at undersøge eventuelle variationer over tid i de grundlæggende "konstanter" i naturen, der bruges i videnskabelige beregninger.