Natuurkundigen maken de meest nauwkeurige meting tot nu toe van het magnetische moment van een elektron

Een gezamenlijk team van natuurkundigen van Harvard University en Northwestern University heeft de meest nauwkeurige waarde tot nu toe gevonden voor het magnetische moment van een elektron. In hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrievenbeschrijft de groep de methoden die ze gebruikten om elektroneneigenschappen te meten en de implicaties voor de nieuwe resolutie.

Het magnetische moment van een elektron, ook wel het elektronendipoolmoment genoemd, is het resultaat van zijn elektrische en spin-eigenschappen. Van alle onderzochte primaire kenmerken zijn deze het meest nauwkeurig gemeten en ook het meest grondig geverifieerd.

Het meten van het magnetische moment van het elektron met nog grotere precisie is belangrijk omdat natuurkundigen geloven dat deze metingen op een gegeven moment zullen helpen het standaardmodel van de natuurkunde te voltooien. In deze nieuwe poging heeft de onderzoeksgroep het magnetische moment twee keer zo nauwkeurig gemeten als elke andere poging – de laatste beste poging was 14 jaar geleden.

Natuurkundigen gebruiken het magnetische moment van deeltjes zoals elektronen om het standaardmodel te testen door de interacties tussen hen en virtuele deeltjes te bestuderen die in een vacuümkamer verschijnen. Deze studie omvat het meten van het effect van botsingen op zowel het magnetische moment als de factor g, en vervolgens de resultaten vergelijken met wat beschreven wordt door het Standaardmodel.

Het werk omvatte het ophangen van een enkel elektron in een Penning-val met een magnetische veldconstante van 5 Ts. Vervolgens werd de kamer afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt. Er werden metingen gedaan van wat het team beschrijft als “kwantumsprongen” van elektronen tussen energieniveaus. Vervolgens konden ze met behulp van een magnetische veldgradiënt kwantumdetectie van niet-breking uitvoeren – een techniek voor het meten van kwantumsprongen zonder de kwantumtoestand te veranderen, wat de onzekerheid in de magnetische momentmetingen verminderde. Het eindresultaat was een meting van het magnetische moment met een nauwkeurigheid die nog niet eerder was bereikt – 0,13 delen in 1 biljoen.

De nieuwe metingen zullen naar verwachting van invloed zijn op het werk dat nodig is voor toekomstige tests van het standaardmodel.