JILA-natuurkundigen hebben voor het eerst hun techniek van draaiende moleculen gebruikt om de "rondheid" van het elektron te meten, de toonaangevende resultaten van een andere groep bevestigen en suggereren dat nauwkeurigere beoordelingen mogelijk zijn.

De onderzoekers hebben elektrisch geladen moleculen (ionen) gevangen en rondgedraaid om de symmetrie van hun elektronen te meten, technisch bekend als het elektrische dipoolmoment van het elektron (eEDM), dat is de uniformiteit van de lading tussen de twee polen van het elektron. Kleine afwijkingen van perfecte elektronenrondheid (een eEDM anders dan nul) zouden nieuwe inzichten opleveren in de fundamentele fysica, inclusief de waarden van natuurlijke constanten tijdens de vroegste geschiedenis van het universum en of de huidige natuurkundige theorieën correct zijn. Het eEDM-experiment is ook een pionier op het gebied van nieuwe precisiemeettechnologieën.

Zoals gemeld in Fysieke beoordelingsbrieven , het JILA-team rapporteerde een bovengrens op de eEDM van 1,3 x 10 ^-28 e-cm - een minuscuul getal dat aangeeft dat het elektron in wezen rond is - en bevestigt daarmee een resultaat uit 2014 van The ACME Collaboration.

JILA wordt gezamenlijk beheerd door het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Colorado Boulder.

"Ons antwoord is dat het elektrische dipoolmoment van een elektron erg klein is, consistent met nul, "NIST/JILA-collega Eric Cornell zei. "We zijn eigenlijk slechts een bevestigende meting, geen nieuwe limiet instellen, maar het is belangrijk omdat we een benadering gebruiken die radicaal verschilt van alle eerdere metingen. Het feit dat we toch hetzelfde antwoord krijgen, elimineert vrijwel de mogelijkheid dat we het gewoon bij het verkeerde eind hebben, of dat de andere groep deed."

Het JILA-werk leverde onafhankelijke bevestiging van het resultaat van ACME met behulp van een ander fysiek systeem en experimentele techniek, inclusief een speciale val die in 2013 is ontwikkeld. De methode biedt unieke voordelen, bijzonder lange meetperiodes, biedt toekomstig potentieel voor gevoeligere eEDM-zoekopdrachten en andere tests van fundamentele fysica.

Cornell heeft een groot deel van het afgelopen decennium aan de eEDM-zoektocht gewijd.

"Er is nieuwe deeltjesfysica ontdekt uit metingen van andere precisie-dipoolmomenten, " legde Cornell uit. "De EDM is als een grote telescoop die kijkt naar overblijfselen van asymmetrie die is overgebleven van de oerknal 14 miljard jaar geleden. Het universum zoals we het vandaag zien, bestaat alleen omdat er lang geleden een paar meer deeltjes waren dan antideeltjes. We zijn op zoek naar hedendaagse fossielen van die oude asymmetrie, en een waarschijnlijke kandidaat zou een elektron zijn dat misvormd is, zodat het spiegelbeeld er anders uitziet. Het feit dat we dat fossiel nog niet hebben gezien is verrassend, maar het is ook een aanwijzing."

De JILA-techniek spint hafniumfluoride-ionen, "polaire" moleculen met een positieve lading aan de ene kant ("pool") en een negatieve lading aan de andere pool. Polaire moleculen kunnen worden gevangen en gemanipuleerd met elektrische velden om relatief lange tijd in de gewenste toestand te blijven - 700 milliseconden in het nieuwe experiment, bijna 700 keer langer dan de beste concurrerende methoden (thermische bundels van neutrale atomen of moleculen).

JILA-onderzoekers roteren elektrische en magnetische velden snel genoeg om de moleculaire ionen te vangen, maar langzaam genoeg om de ionen op één lijn te brengen met het elektrische veld. De ionen roteren dan in individuele microcirkels
terwijl wetenschappers hun eigenschappen meten. Het elektrische veld in de moleculen versterkt het potentiële signaal van eEDM, wat het verschil is tussen twee magnetische energieniveaus.

JILA-onderzoekers verzamelden 360,3 uur aan gegevens, inclusief 1, 024 eEDM-metingen. Het team gebruikte verschillende technieken om systematische fouten te vinden en te corrigeren.

In de nabije toekomst, onderzoekers verwachten hun meetgevoeligheid te verdubbelen met een nieuwe ionenval, die twee keer zoveel ionen zal bevatten, koel ze tot een volume tot 100 keer groter, en gebruik een meer uniform roterend elektrisch veld.

De roterende veldtechniek kan nuttig zijn in andere experimenten. Bijvoorbeeld, kwantumbits die in kwantumcomputing worden gebruikt, kunnen informatie langer vasthouden in elektrische en magnetische energieniveaus dan in meer algemeen gebruikte kwantumtoestanden. In aanvulling, de nieuwe techniek zou kunnen worden gebruikt om eventuele variaties in de tijd in de fundamentele "constanten" van de natuur die in wetenschappelijke berekeningen worden gebruikt, te onderzoeken.