Лабораторія досліджень аномальних явищ

Как эксперимент разошёлся с квантовой электродинамикой
Сторінка 1 з 1

Автор:  Andriy [ 02 грудня 2012, 13:12 ]
Тема повідомлення:  Как эксперимент разошёлся с квантовой электродинамикой

Квантовая электродинамика считается наиболее разработанной частью квантовой теории поля. Именно она внедрила представление о том, что электромагнитное поле обладает прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются его кванты — фотоны. Нет нужды напоминать о том, сколь позитивное влияние оказал этот взгляд на наше понимание электромагнитного поля в целом.

Чтобы детально проверить её предсказания относительно поведения электронов при столкновении с другими частицами, исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) под общим руководством физика Кристофера Чантлера (Chris Chantler) из Мельбурнского университета (Австралия) использовали сравнительно тяжёлые атомы титана, предварительно лишив их почти всех электронов. Полученные в итоге ионы имели лишь два электрона из двадцати двух, что есть у титана в норме.

Эксперимент на электронно-лучевой ионной ловушке показал, что электроны в ионах могут вести себя наперекор квантовой электродинамике. Что нуждается в пересмотре — КЭД или методика экспериментаторов? (Фото NIST.)

В этом необычном состоянии эффекты, предсказываемые квантовой электродинамикой, значительно усиливаются. При столкновении электронов такого иона с другой частицей они должны быстро перейти в более высокое энергетическое состояние и испустить фотон определённой энергии. Квантовая электродинамика, как считалось, точно предсказывает его энергию и длину волны. Однако в поставленном при помощи электронно-лучевой ионной ловушки эксперименте все длины волны полученных таким образом фотонов были вовсе не теми, что должны быть по теории.

Да, эксперимент нуждается в независимой проверке, но если эти результаты окажутся устойчиво воспроизводимыми, то из них будет следовать либо наше, мягко говоря, неполное понимание квантовой электродинамики, либо указание на какую-то новую физику, лежащую за пределами квантовой электродинамики в целом.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

 NIST Experiments Challenge Fundamental Understanding of Electromagnetism
From NIST Tech Beat: November 27, 2012

Contact: Chad Boutin boutin@nist.gov

A cornerstone of physics may require a rethink if findings at the National Institute of Standards and Technology (NIST) are confirmed. Recent experiments suggest* that the most rigorous predictions based on the fundamental theory of electromagnetism—one of the four fundamental forces in the universe, and harnessed in all electronic devices—may not accurately account for the behavior of atoms in exotic, highly charged states.

The theory in question is known as quantum electrodynamics, or QED, which physicists have held in high regard for decades because of its excellent track record describing electromagnetism's effects on matter. In particular, QED has been especially useful in explaining the behavior of electrons, which orbit every atomic nucleus. But for all of QED's successes, there are reasons to believe that QED may not provide a complete picture of reality, so scientists have looked for opportunities to test it to ever-increasing precision.

One way to test parts of QED is to take a fairly heavy atom—titanium or iron, for example—and strip away most of the electrons that circle its nucleus. "If 20 of titanium's 22 electrons are removed, it becomes a highly charged ion that looks in many ways like a helium atom that has been shrunk to a tenth its original size," says NIST physicist John Gillaspy, a member of the research team. "Ironically, in this unusual state, the effects of QED are magnified, so we can explore them in more detail."

Among the many things QED is good for is predicting what will happen when an electron orbiting the nucleus collides with a passing particle. The excited electron gets bumped up momentarily to a higher energy state but quickly falls back to its original orbit. In the process, it gives off a photon of light, and QED tells what color (wavelength) that photon will have. The NIST team found that electrons in highly charged helium-like ions that are excited in this fashion give off photons that are noticeably different in color than QED predicts.

While the results—obtained using NIST's Electron Beam Ion Trap Facility—are interesting enough on their own to warrant publication, Gillaspy says he hopes the finding will stimulate others to measure the emitted photons with even greater accuracy. Currently, the NIST team is preparing to release the results of measurements of other colors of light emitted from the exotic atoms that bolster the initial findings.

"What the NIST experiment found is interesting enough that it merits attention," says Jonathan Sapirstein, a professor of physics at the University of Notre Dame. "Independent calculations should be done to confirm the theory, and other experiments should also confirm the findings. However, if no errors are found in the theory and the NIST experiment is correct, some physics outside of QED must be present."
* C.T. Chantler, M.N. Kinnane, J.D. Gillaspy, L.T. Hudson, A.T. Payne, L.F. Smale, A. Henins, J.M. Pomeroy, J.N. Tan, J.A. Kimpton, E. Takacs and K. Makonyi. Testing three-body quantum electrodynamics with trapped Ti20+ ions: Evidence for a Z-dependent divergence between experiment and calculation. Physical Review Letters, Oct. 10, 2012. DOI 10.1103/PhysRevLett.109.153001.

Source: http://www.nist.gov/pml/div684/ebit-112712.cfm

По материалам: science.compulenta.ru , nist.gov , prl.aps.org

Сторінка 1 з 1 Часовий пояс UTC + 2 годин [ DST ]
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group