Молекулярный фонтан позволит измерить фундаментальные константы с непревзойденной точностью

Физикам удалось создать устройство, подбрасывающее охлажденные до сверхнизких температур молекулы аммиака, и пронаблюдать их свободное падение под действием лишь одной силы — гравитации. Подобный эксперимент, уже реализованный для атомов, предоставляет уникальную возможность исследовать отклонения от Стандартной модели физики частиц и состояние ранней Вселенной. Работа ученых из Амстердамского свободного университета с описанием установки опубликована в журнале Physical Review Letters.

Фонтаны из ультрахолодных атомов, созданные в конце 1980-х годов, являются основой прецизионных приборов (например, атомных часов). Сходные установки, но на основе молекул, могут стать еще более точными измерителями, так как молекулы обладают чрезвычайно богатой структурой внутренних энергетических уровней, что делает их очень чувствительными к слабым факторам. Одним из направлений исследования может стать поиск электрического дипольного момента электрона, который пока обнаружить не удалось. Эта величина является хорошим тестом теорий «новой физики», расширяющих Стандартную модель, и может прояснить дисбаланс между материей и антиматерией в наблюдаемой Вселенной.

Основной проблемой этих измерений является малое время свободного полета. Пучок частиц должен одновременно быть холодным, обладать очень маленькой дисперсией скоростей и иметь низкую скорость в лабораторной системе отсчета. В рамках данной работы пучок охлаждали при помощи комбинированной техники из переменного неоднородного электрического поля и штарковского торможения. Благодаря этому авторам удалось добиться увеличения времени полета в несколько сотен раз — до сотен миллисекунд.

В данный момент установка производит только одну регистрируемую молекулу каждые пять операций запуска. Увеличение статистики приведет к уменьшению неопределенностей. Добавление высокоточной спектроскопии позволит поставить ограничения на такие фундаментальные параметры физики, как отношение масс протона и электрона. С помощью использования других соединений станет также возможным исследование нарушения четности в ядрах и хиральных молекулах.