Onderzoekers van Peter de Grote St. Petersburg Polytechnische Universiteit (SPbPU) in samenwerking met collega's van de Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) en een aantal Duitse wetenschappelijke organisaties, berekende eerder onontgonnen effecten in atomen. De resultaten zijn gepubliceerd in de Fysieke beoordeling A , gemarkeerd als een Editor's Choice-artikel.

Voor vele jaren, onderzoekers over de hele wereld hebben gezocht naar nieuwe deeltjes die verder gaan dan het momenteel geaccepteerde standaardmodel van fundamentele interacties in de natuurkunde. Dergelijk onderzoek wordt het meest bekend uitgevoerd bij de Large Hadron Collider. Een groep wetenschappers uit Rusland en Duitsland is bezig met een andere benadering van dit probleem op basis van methoden van atomaire spectroscopie. Dergelijke studies zijn minder arbeidsintensief, maar veelbelovend vanwege het feit dat de nauwkeurigheid van experimenten hoger is in de atoomfysica dan in de hoge-energiefysica. SPbPU-wetenschappers berekenden frequenties van elektronische overgangen in verschillende isotopen van één element, in dit geval, argon.

Onderzoekers onderzochten verschillende toestanden van argon-ionen met vier, vijf, en zes elektronen. Dit zijn optimale elektronische configuraties. Aan de ene kant, ze kunnen betrouwbaar worden berekend, en aan de andere kant, ze zijn toegankelijk voor experimenten. Wetenschappers analyseerden hun resultaten met behulp van de King-plot, een veelgebruikte methode voor systematische studies van de isotoopverschuivingen van twee atoomovergangen in een keten van isotopen.

De moderne theorie beweert dat de King-plot lineair moet zijn tot een zeer hoge nauwkeurigheid. Tot voor kort, mogelijke niet-lineaire effecten werden als veel te klein beschouwd om van enig praktisch belang te zijn. Maar de internationale wetenschappelijke groep berekende de nieuwe effecten en ontdekte dat de niet-lineariteiten in de King-plot vier ordes sterker zijn dan eerder werd verwacht (op het 10 kHz-niveau).

Eerder, vanwege de beperkingen van de instrumenten, dergelijke effecten konden niet worden gedetecteerd, maar een nieuwe generatie spectroscopische experimenten verhoogt de haalbare nauwkeurigheid met verschillende ordes van grootte, waardoor deze effecten waarneembaar zijn. Dit is een belangrijke bijdrage aan de wetenschap, bevestigend dat algemeen aanvaarde ideeën moeten worden bijgesteld.

"Als het King-plot licht gebogen blijkt te zijn, dit kan een manifestatie zijn van nieuwe deeltjes die verder gaan dan het standaardmodel van de fysica. Het is noodzakelijk om deze effecten in andere atomen met een groter aantal elektronen te blijven bestuderen om de invloed van rekenfouten te verminderen, " zei Vladimir Jerokhin, hoofdonderzoeker bij het Center for Advanced Studies van SPbPU.

In de nabije toekomst, de theoretische voorspellingen die zijn verkregen door wetenschappers van de St. Petersburg Polytechnische Universiteit zullen experimenteel worden geverifieerd aan de Physikalisch Technische Bundesanstalt met behulp van de faciliteiten die ionen opsluiten in de magnetische en elektrische velden en deze onderzoeken met behulp van de kwantumlogische methoden.

"Als het experiment slaagt, we kunnen beperkingen op parameters van het voorgestelde nieuwe deeltje verkrijgen buiten het standaardmodel. In aanvulling, dergelijke experimenten zullen helpen bepalen of de fundamentele constanten in de loop van de tijd veranderen, wat van groot belang is voor ons begrip van de ontwikkeling van het heelal, " merkte Vladimir Yerokhin op.