- 28,572
- 46
- 8 Ноя 2022
Ответ на вопрос, почему космос вообще существует, может прятаться внутри неё.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Тяжёлые полярные молекулы считаются одними из самых чувствительных инструментов для поиска явлений, не предусмотренных Стандартной моделью. Их внутреннее устройство усиливает чрезвычайно слабые физические эффекты, однако вместе с ними молекулы улавливают и посторонние электрические и магнитные поля. Даже небольшая лабораторная помеха способна исказить результат.
Физики нашли способ сохранить полезную чувствительность и одновременно подавить влияние окружающей среды. Для молекулы гидроксида иттербия YbOH они подобрали особые квантовые состояния, подходящие для более надёжного поиска признаков новой физики .
Положительные и отрицательные заряды в полярной молекуле распределены неравномерно. Под действием внешнего электрического поля она ориентируется в пространстве, а возле её электронов возникает внутреннее поле, которое может быть примерно в миллион раз сильнее исходного.
Такое усиление помогает искать электрический дипольный момент электрона — возможную асимметрию в распределении его заряда. Стандартная модель допускает лишь почти неуловимое значение, тогда как некоторые альтернативные теории предсказывают значительно более заметный эффект. Его обнаружение указало бы на неизвестные частицы или взаимодействия.
Эти измерения связаны и с одной из главных загадок космологии . В ранней Вселенной материя и антиматерия должны были возникнуть почти в равных количествах, однако сегодня наблюдаемый мир состоит преимущественно из материи. Для объяснения такого перевеса физикам нужны дополнительные механизмы нарушения фундаментальных симметрий.
На практике искомый сигнал приходится отделять от остаточных зарядов на электродах, магнитного поля Земли, токов в оборудовании и колебаний напряжения. Полностью устранить такие воздействия невозможно: экранирование и компенсация лишь уменьшают их, но не убирают до конца.
Команда Юики Такахаси воспользовалась принципом, применяемым в атомных часах . Там для измерений выбирают переходы между квантовыми состояниями, частота которых почти не меняется при внешних возмущениях.
В YbOH исследователи нашли два вращательных состояния, чьи энергии сдвигаются почти одинаково под действием электрического или магнитного поля. Поэтому разница между ними, которую непосредственно измеряет эксперимент, остаётся практически постоянной.
Этот принцип можно сравнить с двумя лодками на одной волне. Обе одновременно поднимаются и опускаются, поэтому расстояние между ними почти не меняется. Так же и внешнее поле воздействует на выбранные состояния почти одинаково, не искажая измеряемый промежуток.
В результате чувствительность перехода к электрическим помехам уменьшилась как минимум в 700 раз, а к магнитным — не менее чем в 200 раз. Молекулы при этом дольше сохраняли когерентность, необходимую для точных квантовых измерений.
Особенно важно, что выбранный переход продолжал реагировать на электрический дипольный момент электрона. Метод не просто сделал молекулу менее чувствительной вообще, а отделил нежелательное воздействие внешних полей от сигнала, связанного с возможным нарушением фундаментальных симметрий.
Для контроля лабораторных условий физики нашли в той же молекуле и другие состояния, которые, напротив, хорошо реагируют на электрические и магнитные поля. Одни переходы можно использовать для основного поиска, а другие — для измерения величины и направления остаточных помех с последующим внесением поправок.
Молекулы YbOH создавали в криогенной камере с гелием при температуре около четырёх кельвинов. Затем пучок со скоростью примерно 200 м/с проходил через область с управляемыми полями. Разность фаз между квантовыми состояниями измеряли с помощью интерферометрической схемы Рамсея.
Пока эксперимент подтвердил работоспособность метода, но не установил новый предел для электрического дипольного момента электрона. Его задача состояла в том, чтобы показать возможность заранее настроить молекулярный датчик на слабый фундаментальный эффект и защитить измерение от основных источников систематической ошибки.
Подобный подход можно применять не только к гидроксиду иттербия. Подходящие переходы могут существовать и в других тяжёлых полярных молекулах, включая виды, которые удаётся охлаждать лазерами и удерживать в ловушках. Чем медленнее движется молекула и чем дольше остаётся в зоне измерения, тем больше времени у неё есть для накопления сигнала.
Следующий этап — перенести такую защиту от помех в более продолжительные и чувствительные эксперименты. Если метод удастся совместить с охлаждением и удержанием молекул, физики смогут искать нарушения симметрий с меньшим риском принять влияние лабораторного оборудования за признак новой частицы.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Тяжёлые полярные молекулы считаются одними из самых чувствительных инструментов для поиска явлений, не предусмотренных Стандартной моделью. Их внутреннее устройство усиливает чрезвычайно слабые физические эффекты, однако вместе с ними молекулы улавливают и посторонние электрические и магнитные поля. Даже небольшая лабораторная помеха способна исказить результат.
Физики нашли способ сохранить полезную чувствительность и одновременно подавить влияние окружающей среды. Для молекулы гидроксида иттербия YbOH они подобрали особые квантовые состояния, подходящие для более надёжного поиска признаков новой физики .
Положительные и отрицательные заряды в полярной молекуле распределены неравномерно. Под действием внешнего электрического поля она ориентируется в пространстве, а возле её электронов возникает внутреннее поле, которое может быть примерно в миллион раз сильнее исходного.
Такое усиление помогает искать электрический дипольный момент электрона — возможную асимметрию в распределении его заряда. Стандартная модель допускает лишь почти неуловимое значение, тогда как некоторые альтернативные теории предсказывают значительно более заметный эффект. Его обнаружение указало бы на неизвестные частицы или взаимодействия.
Эти измерения связаны и с одной из главных загадок космологии . В ранней Вселенной материя и антиматерия должны были возникнуть почти в равных количествах, однако сегодня наблюдаемый мир состоит преимущественно из материи. Для объяснения такого перевеса физикам нужны дополнительные механизмы нарушения фундаментальных симметрий.
На практике искомый сигнал приходится отделять от остаточных зарядов на электродах, магнитного поля Земли, токов в оборудовании и колебаний напряжения. Полностью устранить такие воздействия невозможно: экранирование и компенсация лишь уменьшают их, но не убирают до конца.
Команда Юики Такахаси воспользовалась принципом, применяемым в атомных часах . Там для измерений выбирают переходы между квантовыми состояниями, частота которых почти не меняется при внешних возмущениях.
В YbOH исследователи нашли два вращательных состояния, чьи энергии сдвигаются почти одинаково под действием электрического или магнитного поля. Поэтому разница между ними, которую непосредственно измеряет эксперимент, остаётся практически постоянной.
Этот принцип можно сравнить с двумя лодками на одной волне. Обе одновременно поднимаются и опускаются, поэтому расстояние между ними почти не меняется. Так же и внешнее поле воздействует на выбранные состояния почти одинаково, не искажая измеряемый промежуток.
В результате чувствительность перехода к электрическим помехам уменьшилась как минимум в 700 раз, а к магнитным — не менее чем в 200 раз. Молекулы при этом дольше сохраняли когерентность, необходимую для точных квантовых измерений.
Особенно важно, что выбранный переход продолжал реагировать на электрический дипольный момент электрона. Метод не просто сделал молекулу менее чувствительной вообще, а отделил нежелательное воздействие внешних полей от сигнала, связанного с возможным нарушением фундаментальных симметрий.
Для контроля лабораторных условий физики нашли в той же молекуле и другие состояния, которые, напротив, хорошо реагируют на электрические и магнитные поля. Одни переходы можно использовать для основного поиска, а другие — для измерения величины и направления остаточных помех с последующим внесением поправок.
Молекулы YbOH создавали в криогенной камере с гелием при температуре около четырёх кельвинов. Затем пучок со скоростью примерно 200 м/с проходил через область с управляемыми полями. Разность фаз между квантовыми состояниями измеряли с помощью интерферометрической схемы Рамсея.
Пока эксперимент подтвердил работоспособность метода, но не установил новый предел для электрического дипольного момента электрона. Его задача состояла в том, чтобы показать возможность заранее настроить молекулярный датчик на слабый фундаментальный эффект и защитить измерение от основных источников систематической ошибки.
Подобный подход можно применять не только к гидроксиду иттербия. Подходящие переходы могут существовать и в других тяжёлых полярных молекулах, включая виды, которые удаётся охлаждать лазерами и удерживать в ловушках. Чем медленнее движется молекула и чем дольше остаётся в зоне измерения, тем больше времени у неё есть для накопления сигнала.
Следующий этап — перенести такую защиту от помех в более продолжительные и чувствительные эксперименты. Если метод удастся совместить с охлаждением и удержанием молекул, физики смогут искать нарушения симметрий с меньшим риском принять влияние лабораторного оборудования за признак новой частицы.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
