Ученые создали универсальный инструментарий для работы с физикой за пределами Стандартной модели
Новый метод подарил физикам целый арсенал инструментов для работы с «Новой физикой»
Тяжелые нейтральные молекулы считаются идеальными кандидатами для обнаружения асимметрий за пределами Стандартной модели в электрическом дипольном моменте электрона (eEDM), но предыдущие методы не были способны ограничить их.
Среди стандартных методов, используемых при поиске eEDM — выполнение высокоточной спектроскопии атомов или молекул, которые сначала замедляются, а затем захватываются лазерами или электрическими полями на время измерения. Проблема в том, что открытие Новой физики (физики за пределами Стандартной модели) может потребовать захвата молекул, которые слишком тяжелы, чтобы их можно было удерживать при помощи лазеров. Электрические поля, в свою очередь, могут улавливать только тяжелые ионы, а не нейтральные атомы или молекулы.
Высокотехнологичная ловушка
В новой работе исследователи начали с создания молекул фторида стронция (I) (SrF) посредством химической реакции, которая происходит внутри криогенного газа при температуре около 20 К. Эти молекулы имеют начальную скорость 190 м/с, а при комнатной температуре движутся со скоростью около 500 м/с.
После синтеза молекулы попадают в устройство длиной 4,5 метра под названием «замедлитель Старка», в котором переменные электрические поля замедляют, а затем и вовсе останавливают их. Молекулы SrF остаются захваченными в течение 50 мс, во время которых исследователи анализируют их с помощью отдельной системы обнаружения флуоресценции, индуцированной лазером. Измерения, полученные в результате, выявляют фундаментальные свойства электронов, включая eEDM, которые затем можно проверить на любую асимметрию.
Чем тяжелее — тем лучше
Молекулы SrF примерно в три раза тяжелее, чем другие молекулы, ранее захваченные с помощью аналогичных методов, отмечает Стивен Хекстра, физик из Гронингена и ведущий автор исследования. «Наш следующий шаг — уловить еще более тяжелые молекулы, такие как фторид бария (I) (BaF), который в полтора раза тяжелее SrF. Этот тип молекул даже лучше подходит для наших измерений. По сути, чем тяжелее молекула, тем точнее будут наши измерения».
У захвата тяжелых молекул есть и другие приложения, помимо измерений eEDM. Одним из примеров может быть изучение столкновений между молекулами при низких энергиях в условиях, подобных тем, которые существуют в космосе. Измерения медленно движущихся молекул также могут дать более глубокое понимание квантовой природы их взаимодействий. При достаточно высоких плотностях в процессе взаимодействия молекул все большее влияние начинает играть диполь-дипольное взаимодействие, которое зависит от ориентации молекул относительно друг друга. Эти типы измерений открывают возможности, недоступные для неподвижных атомов, которые не взаимодействуют подобным образом.