МОСКВА, 6 августа. /ТАСС/. Российские и немецкие физики провели сверхточные замеры соотношения между массой протона и массой электрона, что позволило ученым проверить некоторые ключевые аспекты квантовой механики и исключить существование "новой физики" во взаимодействиях этих частиц. Результаты опытов исследователей были представлены в статье в научном журнале Nature.
"Мы впервые замерили соотношение массы электрона и протона, опираясь на спектроскопические наблюдения за молекулярными ионами водорода. Высокая точность этих замеров позволяет использовать их для вычисления и проверки многих фундаментальных постоянных, а также мы смогли при их помощи максимально строго доказать, что масса обозначает одно и тоже явление в классической физике и в квантовом уравнении Шредингера", - пишут ученые.
К такому выводу пришла группа немецких и российских исследователей под руководством профессора Дюссельдорфского университета Штефана Шиллера при проведении опытов с так называемыми молекулярными ионами водорода. Так физики называют молекулы водорода, у которых был "отнят" один из двух электронов. Эти молекулярные ионы устроены максимально просто, что позволяет очень точно просчитать их свойства на квантовом уровне.
Как объясняют Шиллер и ученые из Объединенного института ядерных исследований в Дубне, эта особенность молекулярных ионов позволяет искать неизвестные силы природы и находить "пробелы" в физических теориях, замеряя различные фундаментальные постоянные и сравнивая их с предсказаниями теории. В частности, российские и немецкие физики использовали молекулярный ион водорода для замеров того, как соотносится масса протона и электрона.
Для этого исследователи создали специальную электромагнитную ловушку, которая способна удерживать несколько подобных ионов и охлаждать их до температуры, лишь на несколько тысячных долей градуса превышающих абсолютный ноль, путем взаимодействий с ионами бериллия. После охлаждения молекулярных ионов ученые перевели их в особое квантовое состояние при помощи вспышек лазера и проследили за тем, как менялся их спектр при так называемых электрических квадрупольных переходах.
Эти замеры помогли ученым определить соотношение масс протона и электрона, а также вычислить массу дейтерия, тяжелого изотопа водорода, почти с такой же точностью, которая достижима на уровне теории. Результаты теоретических расчетов и замеров полностью совпали, что говорит об отсутствии неизвестных сил природы и феноменов во взаимодействиях этих частиц. В перспективе проведение аналогичных замеров для молекулярных ионов антиводорода позволит физикам проверить справедливость этих теорий и для антиматерии, подытожили ученые.