การวัดอัตราส่วนมวลของโปรตอน-อิเล็กตรอนที่แม่นยำที่สุดจนถึงปัจจุบันบ่งชี้ว่าโปรตอนอาจเบากว่าที่เคยคิดไว้ ผลลัพธ์จากนักวิจัยในเนเธอร์แลนด์และฝรั่งเศส นำเสนอการตรวจสอบข้ามอิสระที่สำคัญกับการวัดอัตราส่วนก่อนหน้านี้ ซึ่งให้ค่าที่ไม่สอดคล้องกัน อัตราส่วนมวลของโปรตอน-อิเล็กตรอนเป็นปริมาณที่สำคัญทางฟิสิกส์และเป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับทฤษฎีโมเลกุล สามารถกำหนดได้
โดยการวัด
การหมุนและการสั่นของไอออนไฮโดรเจนโมเลกุลธรรมดา (H 2 + ) และเปรียบเทียบกับการวัดการสั่นแบบ ro ที่คล้ายคลึงกันในลูกพี่ลูกน้องที่แยกตัวออกมา (HD + ) เอนทิตีทั้งสองเป็นระบบพันธะที่ง่ายที่สุดที่สามารถเรียกว่า “โมเลกุล” และด้วยเหตุนี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแบบจำลองฟิสิกส์
มูลฐาน แท้จริงแล้ว เมื่อนักวิจัยได้ทำการวัดการเปลี่ยนแปลงแบบเป็นครั้งแรกใน HD +เมื่อ 40 ปีที่แล้ว พวกเขาเสนอว่าผลที่ได้สามารถนำไปใช้ในการทดสอบทฤษฎีควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ (QED) ในโมเลกุลได้ การหาอัตราส่วนมวลของโปรตอน-อิเล็กตรอนที่แม่นยำที่สุด การวัดค่าล่าสุด
เกี่ยวกับมวลอะตอมสัมพัทธ์ของนิวเคลียสอะตอมเบา ซึ่งรวมถึงดิวเทอรอนและเฮลิออน (นิวเคลียสของฮีเลียม-3) รวมทั้งโปรตอน มีค่าที่เปิดเผยซึ่งแตกต่างจากผลลัพธ์ก่อนหน้านี้โดยค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานหลายค่า ตัวอย่างเช่น การวัดมวลโปรตอนในปี 2560 โดยใช้วิธีดั้งเดิม กำหนดมวล
ด้วยความแม่นยำ 32 ส่วนต่อล้านล้าน (ppt) แม้ว่าความแม่นยำของการวัดนี้สูงกว่าค่าที่ยอมรับก่อนหน้านี้ (เรียกว่า CODATA-2014) ถึงสามเท่า แต่ค่าจริงที่วัดได้นั้นเล็กกว่าเกือบ 300 ppt “ค่านี้ถูกนำมารวมกับค่าก่อนหน้านี้เพื่อคำนวณค่า CODATA ปี 2018 ของมวลโปรตอน แต่ส่วนต่างความไม่แน่นอนทั้งหมด
ต้องถูกยืดออกไป 1.7 เท่าจึงจะครอบคลุมความแตกต่าง” หัวหน้าทีมศึกษาจากมหาวิทยาลัยVUอธิบายใน อัมสเตอร์ดัม . “ปัจจุบันนี้จำกัดความแม่นยำของอัตราส่วนมวลโปรตอน-อิเล็กตรอนอย่างเป็นทางการไว้ที่ 60 ppt และส่งผลต่อการคำนวณทางทฤษฎีของ HD +ในระดับที่ใกล้เคียงกัน”
ในงานใหม่
ของพวกเขา และเพื่อนร่วมงานใช้เทคนิคอื่น เลเซอร์สเปกโทรสโกปีแบบสองโฟตอนแบบไม่มีดอปเปลอร์ของไอออน HD + ที่ติด อยู่ เพื่อวัดอัตราส่วนมวลโปรตอน-อิเล็กตรอน โดยที่วงเล็บประกอบด้วยความไม่แน่นอนทางสถิติ . ที่ความแม่นยำ 21 ppt การวัดนี้เป็นการกำหนดสัดส่วนของมวลโปรตอน
อิเล็กตรอนที่แม่นยำที่สุดจนถึงปัจจุบัน ซึ่งเป็นบันทึกที่ใช้ร่วมกันกับค่าล่าสุดที่ได้จากการหมุนของ HD +ในการทดลองพร้อมกันในเมืองดุสเซลดอร์ฟ ประเทศเยอรมนี การกำจัด ในการวัดเช่นนี้ อธิบายว่า ซึ่งเป็นการลดลงของความถี่เลเซอร์อย่างชัดเจนจากการสั่นพ้องด้วยไอออน HD +ซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็ว
ของไอออนนั้นเป็นสิ่งที่สร้างความรำคาญ แม้ที่อุณหภูมิต่ำมาก (10 mK เหนือศูนย์สัมบูรณ์) ที่เหนือกว่าในกับดักทดลอง โมเลกุลในกับดักก็ยังสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้ ในการกำจัดปรากฏการณ์ โดยสิ้นเชิง ไอออนจะต้องถูกทำให้หยุดนิ่งโดยสมบูรณ์ ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในการทดลอง
“โชคดีที่กลศาสตร์ควอนตัมให้อภัย” “ถ้าเราต้องการให้เลเซอร์ ‘เห็น’ อนุภาคที่อยู่นิ่ง เราก็แค่ต้องทำให้แน่ใจว่าอนุภาคนั้นจะไม่เคลื่อนที่ไปรอบๆ มากกว่าความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์” ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่เรียกว่าขีดจำกัดแลมบ์ดิกก์ และเพื่อนร่วมงานได้พบกับเงื่อนไขนี้โดยอ้อมโดยการฉายแสงเลเซอร์สองตัว
บนโมเลกุล
จากทิศทางตรงกันข้าม เมื่อปรับความยาวคลื่นของลำแสงเลเซอร์ที่กระจายสวนทางกับค่าที่เหมาะสม โมเลกุลจะดูดซับโฟตอนจากแต่ละลำแสง และเพิ่มพลังงานจากโฟตอนทั้งสองเป็นพลังงานการสั่นสะเทือนของตัวมันเอง การเปลี่ยนแปลง “สองโฟตอน” ที่เกิดขึ้นระหว่างระดับพลังงานของโมเลกุล
จะมีความยาวคลื่นปรากฏเท่ากับความแตกต่างระหว่างความยาวคลื่นเลเซอร์ทั้งสอง “เนื่องจากเลเซอร์ทั้งสองมีความยาวคลื่นเกือบเท่ากัน ความยาวคลื่นที่ปรากฏจึงมีขนาดใหญ่มาก ใหญ่กว่าปริมาตรที่ไอออน HD +กักขังอยู่” อธิบาย “ตามกลศาสตร์ควอนตัม ไอออนดูเหมือนจะหยุดนิ่ง: ไม่มีปรากฏการณ์”
เมื่อนำเอฟเฟกต์ออก ความบริสุทธิ์ที่แท้จริงของการสั่นสะเทือนจะมองเห็นได้ แท้จริงแล้ว การสั่นของโมเลกุลภายใต้สถานการณ์เหล่านี้เกือบจะบริสุทธิ์เทียบเท่ากับการสั่นในนาฬิกาอะตอมที่ดีที่สุด ซึ่งหมายความว่าสามารถวัดได้ด้วยความแม่นยำสูง ข้อดีอีกประการของเทคนิคนี้คือ การใช้โฟตอน 2 ตัว
นักวิจัยสามารถเลือกการสั่นสะเทือนของโมเลกุลในลักษณะที่ไม่ไวต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำของการวัด ทฤษฎี QED ใช้ได้กับโมเลกุลงานใหม่ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ ซึ่งประสบความสำเร็จอย่างมากในการอธิบายอนุภาคเดี่ยวและอะตอม ยังใช้ได้กับสสารที่ซับซ้อนมากขึ้น
เช่น โมเลกุลธรรมดา ซึ่งเป็นสิ่งที่ กล่าวว่าก่อนหน้านี้ไม่ชัดเจน “ในขณะที่มีการเปรียบเทียบ (และข้อตกลง) ระหว่างทฤษฎี QED ของโมเลกุล (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง HD +ไอออน) และการทดลอง การทดลองไม่เคยแม่นยำมากไปกว่าทฤษฎี” เขาอธิบาย “นั่นหมายความว่าไม่สามารถทดสอบรายละเอียด
ที่ดีที่สุดของการคำนวณทางทฤษฎีได้”เขากล่าวว่าผลลัพธ์ใหม่ได้ทำให้สถานการณ์พลิกผัน นับเป็นครั้งแรกที่การวัดเชิงทดลองของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้มีความแม่นยำมากกว่าค่าที่สร้างขึ้นจากทฤษฎีอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งหมายความว่าตอนนี้สามารถทดสอบการคาดคะเนทางทฤษฎีได้
ในระดับสูงสุด ยิ่งไปกว่านั้น การคาดคะเนจากทฤษฎีสามารถใช้เป็นเครื่องมือในการแปลการสั่นสะเทือนที่วัดได้เป็นค่าใหม่ของอัตราส่วนมวลของโปรตอน-อิเล็กตรอน ตามที่คาดการณ์ไว้เมื่อกว่าสี่ทศวรรษที่แล้ว“เป็นเรื่องน่าทึ่ง อัตราส่วนมวลของโปรตอน-อิเล็กตรอนที่เราวัดได้นั้น
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
