Результаты нового исследования экзотического «атома», состоящего из электрона и его античастицы позитрона, не согласуется с теоретическими расчетами, сообщают ученые в журнале Physical Review Letters. И физики затрудняются это объяснить, - пишет sciencenews.org.
Исследователи считают, что ошибка в расчетах или эксперименте маловероятна. И новые явления, такие как неоткрытые частицы, также не дают однозначного ответа, добавляет физик-теоретик Хесус Перес Риос из Института Фрица Хабера Общества Макса Планка в Берлине. «Сейчас лучшее, что я могу вам сказать, - это то, что мы не знаем, в чем дело», - говорит Перес Риос, который не участвовал в новом исследовании.
Позитроний состоит из электрона с отрицательным зарядом, вращающегося на орбите с позитроном с положительным зарядом, что фактически представляет собой атом без ядра. Позитроний, состоящий всего из двух частиц и лишенный сложностей ядра, выглядит привлекательно простым. Его простота означает, что его можно использовать для точной проверки теории квантовой электродинамики, которая объясняет, как взаимодействуют электрически заряженные частицы.
Группа физиков из Университетского колледжа Лондона измерила разделение двух определенных уровней энергии позитрония, известное как его тонкая структура. Исследователи сформировали позитроний, столкнув пучок позитронов с мишенью, где они встретились с электронами. С помощью лазера атомы позитрония были переведены на соответствующий энергетический уровень, после чего команда поразила их микроволновым излучением, чтобы заставить некоторые из них перейти на другой энергетический уровень.
Исследователи определили частоту излучения, необходимую для того, чтобы атомы совершили скачок, что эквивалентно определению размера зазора между энергетическими уровнями. Расчеты предсказывали частоту около 18 498 мегагерц, в исследовании же ученые измерили около 18 501 мегагерц - разница составила 0,02 процента. Учитывая, что расчетная ошибка эксперимента составляла всего около 0,003 процента, это большой разрыв.
Команда искала экспериментальные проблемы, которые могли бы объяснить результат, но ничего не вышло. По словам физика Акиры Исида из Токийского университета, который не принимал участия в исследовании, теперь необходимы дополнительные эксперименты, чтобы помочь исследовать несоответствие. «Если после дальнейших точных измерений все еще остается значительное расхождение, ситуация становится намного более захватывающей», - говорит Исида.
Теоретическое предсказание также кажется убедительным. В квантовой электродинамике прогнозирование включает в себя вычисления с определенным уровнем точности, исключая менее важные и более трудные для вычисления члены. Ожидается, что эти дополнительные условия будут слишком маленькими, чтобы учесть расхождение. Но «вполне возможно, что вы можете быть удивлены», - говорит физик-теоретик Грег Адкинс из колледжа Франклина и Маршалла в Ланкастере (штат Пенсильвания), также не участвовавший в исследовании.
Если эксперименты и теоретические расчеты подтвердятся, расхождение может быть связано с новой частицей, но такое объяснение также кажется маловероятным. Эффекты новой частицы, вероятно, проявились бы в более ранних экспериментах. Например, говорит Перес Риос, на энергетические уровни позитрония может влиять гипотетическая аксионоподобная частица. Это легкая частица, которая может объяснить темную материю - невидимый тип материи, которая, как считается, пронизывает Вселенную. Но, если бы этот тип частиц вызывал это несоответствие, исследователи также увидели бы его эффекты при измерениях магнитных свойств электрона и его более тяжелого кузена - мюона.
По словам физика Дэвида Кэссиди, соавтора исследования, ученые
все еще ищут ответ. «Это будет что-то удивительное. Я пока просто
не знаю, что именно».
[Фото: sciencenews.org]
