Группа ученых-физиков из Японии и Германии провела ряд экспериментов, данные которых позволили им вычислить величину магнитного момента протона с самой высокой точностью на сегодняшний день. Согласно имеющимся данным, магнитный момент протона равен 2.79284734462 ± 0.00000000082 ядерных магнетона, единиц, в которых измеряется магнитный момент.
Отметим, что знание точной величины данного параметра имеет огромное значение для современной физики, ведь магнитный момент является основой магнетизма частиц, от которого зависит структура и свойства атомов, к примеру.
Высокоточные измерения потребовали очень кропотливой работы, в ходе которых ученые изолировали один, два и три отдельных протона внутри ловушки Пеннинга. Так же был разработан уникальный способ перемещения отдельного протона из одной ловушки в другую.
В основе проведенных измерений лежал тот факт, что спин, момент вращения протона, заключенного в ловушке, выравнивается в соответствии с направлением магнитного поля самой ловушки. Один из датчиков производил измерения так называемой ларморовской частоты, которая зависит от спина частицы, помещенной в магнитное поле. А второй измеряемой частотой стала так называемая циклотронная резонансная частота протона. Измерения этих двух частот производились в двух разных ловушках, в каждой из которых были установлены датчики, основанные на различных физических принципах.
Именно такой подход, проведение раздельных измерений в двух ловушках, позволил получить высочайшую точность измерений частот. Свою лепту в увеличение точности внесло большое количество проведенных циклов измерений, которое составило 1 264 цикла. Длительность каждого цикла составляет порядка 90 минут и на всю серию измерений было затрачено четыре месяца времени, включая время на обслуживание и перекалибровку измерительного оборудования.
"Данная работа дала нам в руки новый способ высокоточных измерений магнитного момента элементарных частиц" - рассказывает Георг Шнайдер (Georg Schneider), ведущий исследователь, - "В ближайшем будущем мы планируем произвести подобные измерения магнитного момента антипротона. Сейчас антипротоны вырабатываются оборудованием эксперимента BASE Европейской организации ядерных исследований CERN, и их исследования позволят нам понять некоторые тонкости строения атомов, плюс мы сможем получить некоторые подсказки относительно того, почему в современной Вселенной почти нет антиматерии".