测定电子 g 波数，针对含锡类的氢元素

发布时间：2023-10-12 14:22:54 所属栏目：外闻来源：

导读：生产，捕获和检测类型的实验装置 118Sn 49 +．一个Heidelberg EBIT生产高电荷离子。通过室温光束线，离子被输送到alpharap磁铁中。 b低温阀允许在疏水阀腔内保持超高真空。 c，实验装置的“陷阱堆栈”。离

生产，捕获和检测类型的实验装置 118Sn 49 +．一个Heidelberg EBIT生产高电荷离子。通过室温光束线，离子被输送到alpharap磁铁中。 b低温阀允许在疏水阀腔内保持超高真空。 c，实验装置的“陷阱堆栈”。离子在离子进入井的瞬间通过施加脉冲电压在捕获部分被捕获。下面是精确陷阱，一个七电极陷阱，其中频率比Γ 0= ν l/ ν c是测量。利用图像电流检测器检测镜中的粒子运动。施加在中心电极上的电压约为59 V。在陷阱堆的底部，设置了分析陷阱，其中有一个强磁瓶，允许检测束缚电子的自旋状态。 d图像电流检测器的傅里叶频谱 118Sn 49 +共振中的粒子。拟合这个“倾角”给出了粒子的轴向频率。 e，在Larmor频率微波辐照下翻转电子自旋后的轴向频率变化(约300 mHz)。

量子电动力学是物理学中最成熟的理论。它描述了光合物质的所有电和磁相互作用。海德堡马克斯普朗克研究所(MPIK)的科学家们现在已经在他们的阿尔法阱实验上使用了精确的测量方法来研究与高电离锡原子结合的电子的磁性。这样的实验室测试可以深入了解其他粒子在这样的极端场强下的行为。它们也是我们探索一个新宇宙物理学的起点。

和其他带电的基本粒子一样，电子也有磁场。它的精确值是物理学中已知的最精确的测量之一，与量子电动力学的理论预测非常吻合。理论与实验在小数点后十位以上的误差上是一致的。然而，这些值只适用于不受外场影响的“自由”电子。

一个由来自MPIK多个部门的科学家组成的研究小组现在在这里取得了一个重要的里程碑。“我们已经成功地生产了类氢锡离子，并将它们储存在阿尔法阱中数月，”这项新研究的第一作者、克劳斯·布劳姆教授所在部门的博士生乔纳森·莫纳说。该实验由斯文·斯特姆(Sven Sturm)领导，克里斯托弗·凯特尔(Christof Keitel)部门的Zoltán哈曼(Harman)领导的理论小组进行了计算。

类氢锡的壳层只有一个电子——就像传统的氢一样。然而，锡的原子核有50个质子，而中性元素在其壳层中由50个电子组成。“所以我们首先要移除49个电子，”莫纳说。“为了实现这一目标，我们使用了电子束离子阱Heidelberg-EBIT，这是一种产生高电荷离子的装置，由Thomas Pfeifer部门的jos<s:1> Crespo López-Urrutia开发。”

alpharap是一个高精度实验，其核心是一个潘宁陷阱，其中带电粒子被电磁场固定在适当的位置。它还有一个低温真空系统，使用低温来创造一个非常好的真空。这是必要的，因为高度带电的锡离子会立即从周围的原子中获得电子。这将使实现长期精确测量可靠性变得不可能。此外，类正极氢氧化锡的电极的制备非常耗时。

因子g的无量纲值约为2。精确的值可以通过量子电动力学来预测，并且取决于电子的环境。这就是高电荷锡离子发挥作用的地方。因为它们只有一个电子，所以我们理论上可以用一种类似微生物群落的氢原子的方式来描述它们。

由于与原子核的额外相互作用，在强场中对g因子理论值的复杂计算提供的预测比自由电子的预测少一些精确。根据理论，g因子应为gtheo = 1.910 561 821(299)。在alpharap仪器中测量的实验值具有更高的精度，并且gexp = 1.910 562 058 962 (73)stat (42)sys (910)ext。

由于测量的成功，下一步将是对更重的离子进行实验。类氢铅或铀具有比锡高得多的电场。目前正在实施进一步的升级，以便在未来对量子电动力学进行进一步甚至更强大的基础测试。

（编辑：汽车网）

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