Физики исследовуют магнитные свойства гелия-3

Прочитано: 36 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


В совместном экспериментально-теоретическом исследовании, опубликованном в журнале Nature, физики Гейдельбергского института ядерной физики им. Макса Планка (MPIK) вместе с сотрудниками из RIKEN, Япония, исследовали магнитные свойства изотопа гелия-3. Электронный и ядерный g-факторы иона 3 He + впервые были измерены напрямую с относительной точностью 10–10. Электрон-ядерное магнитное взаимодействие (сверхтонкое расщепление в нулевом поле) измерено с улучшенной на два порядка точностью. g-фактор голого ядра 3 He был определен путем точного расчета электронного экранирования. Результаты представляют собой первую прямую калибровку для 3Зонды ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Зонды ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Точное знание магнитных свойств материи на атомно-ядерном уровне имеет большое значение для фундаментальной физики , а также для таких приложений, как зонды ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Заряженные частицы с присущим им угловым моментом (спин) действуют как крошечная магнитная стрелка. Пропорциональность магнитного момента (силы магнитного поля) и спина задается так называемым g-фактором, который является свойством конкретной частицы и ее окружения. Атомный или ядерный угловой момент квантуется: в частности, спин электрона (как и ядра) в 3 Не может быть ориентирован как параллельно, так и антипараллельно внешнему магнитному полю.

Магнитное взаимодействие 3 He носит тройной характер: во внешнем магнитном поле ориентация магнитного момента электрона/ядра может быть параллельна или антипараллельна силовым линиям. Кроме того, существует магнитное взаимодействие между электроном и ядром (так называемое сверхтонкое расщепление). Это приводит к четырем уровням энергии в зависимости от ориентации электронного и ядерного спина. Переходы между ними (соответствующие перевороту спина) могут резонансно индуцироваться микроволновым излучением. Это позволяет с высокой точностью измерять резонансные частоты, из которых можно напрямую вывести g-факторы, а также сверхтонкое расщепление для данного магнитного поля.

Для эксперимента исследователи отдела Клауса Блаума в МПИК совместно с сотрудниками Университета Майнца и RIKEN (Токио, Япония) использовали одноионную ловушку Пеннинга для измерения частот переходов между сверхтонкими состояниями и одновременно магнитное поле посредством точного определения циклотронной частоты захваченного иона.

Антония Шнайдер, первый автор статьи, описывает устройство ловушки: «Она помещена внутри сверхпроводящего магнита 5,7 Тесла и состоит из двух частей: прецизионной ловушки для измерения частот ионов и взаимодействия с микроволновым излучением и аналитическая ловушка для определения сверхтонкого состояния». Для каждого перехода скорость переворота спина достигает максимума в резонансе. Затем из анализа резонансных кривых извлекаются g-факторы и сверхтонкое расщепление в нулевом поле. Новая экспериментальная установка повышает точность g-факторов в 10 раз до уровня 10–10.

«Чтобы извлечь g-фактор голого ядра в 3 He 2+ из измеренного ядерного g-фактора в 3 He + , необходимо принять во внимание диамагнитное экранирование электрона, т. е. его магнитный отклик на внешнее воздействие. поле», — объясняет Бастиан Сикора из отдела Кристофа Х. Кейтеля в MPIK.

Теоретики с высокой точностью определили коэффициент экранирования, используя высокоточные квантово-электродинамические (КЭД) расчеты. В тех же теоретических рамках они также рассчитали g-фактор связанного электрона для 3 He + и сверхтонкое расщепление в нулевом поле. Все теоретические и экспериментальные результаты согласуются в пределах соответствующей точности, которая была улучшена для экспериментального сверхтонкого расщепления в нулевом поле на два порядка. Последний использовался для извлечения ядерного параметра (радиуса Земаха), характеризующего распределение заряда ядра и намагниченности.

В будущем исследователи планируют улучшить измерения за счет уменьшения магнитной неоднородности прецизионной ловушки и более точных измерений магнитного поля. Новый метод измерения можно также применять для определения ядерного магнитного момента других водородоподобных ионов. Следующим шагом является прямое измерение магнитного момента чистого ядра 3 Не в ловушке Пеннинга с относительной точностью порядка 1 миллиардной доли или лучше за счет реализации симпатического лазерного охлаждения.

Физики исследовуют магнитные свойства гелия-3



Новости партнеров