Проведено беспрецедентно точное измерение разницы энергий двух квантовых состояний

Наше понимание Вселенной и сил, которые ею управляют, основано на Стандартной модели физики частиц. Эта модель также помогает понять пространство-время и фундаментальные силы, удерживающие все во Вселенной. Это самая точная научная теория, известная человечеству. Однако Стандартная модель не предоставляет исчерпывающего объяснения всему. Например, она не объясняет гравитацию, темную материю, темную энергию или даже тот факт, что во Вселенной обычной материи намного больше, чем антиматерии.

Ученые не прекращают тестировать модель, манипулируя материей и контролируя ее на атомном уровне, в поисках эффектов, которые невозможно объяснить напрямую. Команда исследователей проводила эксперимент с атомом гелия — вторым по сложности атомом после водорода. 

Самый последний эксперимент, проведенный доктором Маартеном Хугерландом из Оклендского университета и доктор Уим Вассен из Врийского университета в Голландии, сосредоточен на тестировании перехода атома гелия между двумя энергетическими состояниями. Это явление также называют квантовым скачком. 

Так, ученые точно измерили существенное энергетическое изменение в атоме гелия для расчета диаметра ядра. И все это — в ходе эксперимента, который может уместиться на столе. Нужен только ультрахолодный газ, охлажденный ультрастабильным лазером с такой точностью, что, если бы вы измеряли при помощи него расстояние от Земли до Луны, погрешность составила бы всего долю миллиметра.

«Сам факт того, что переход произошел, редок. Это важный этап для исследования квантовой физики. Мы можем приумножить наши знания о составе атомов, а значит, и наши знания о пространстве-времени, — рассказывает доктор Хугерланд. — Новый результат — отличный тест для нашего понимания Стандартной модели: он позволяет определить размер ядра и атома гелия. На протяжении десятилетий это было предметом многочисленных исследований, так что успех нашего эксперимента — долгожданный результат». 

Большой адронный коллайдер — крупнейшая машина из когда-либо построенных. Это также серьезный международный проект, в него вовлечены сотни ученых, работающих над поиском эффектов, которые Стандартная модель не может напрямую объяснить, а также новых частиц на высоких энергиях, не вписывающихся в модель.