भौतिक विज्ञानी इलेक्ट्रॉन विद्युत द्विध्रुव क्षण को अभूतपूर्व सटीकता से मापते हैं - भौतिकी विश्व

भौतिक विज्ञानी इलेक्ट्रॉन विद्युत द्विध्रुव क्षण को अभूतपूर्व सटीकता से मापते हैं - भौतिकी विश्व

टाइम स्टैम्प: 22 अगस्त, 2023 सुबह 8:00 बजे

ईईडीएम को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले वैक्यूम चैम्बर और अन्य प्रायोगिक उपकरण का फोटो
निगरानी पूर्वता: शोधकर्ताओं ने आयन जाल के भीतर सीमित हेफ़नियम फ्लोराइड आयनों में इलेक्ट्रॉन विद्युत द्विध्रुव क्षण को मापा। (सौजन्य: केसी कैस/कोलोराडो विश्वविद्यालय)

कोलोराडो विश्वविद्यालय, बोल्डर, अमेरिका के भौतिकविदों ने इलेक्ट्रॉन के चार्ज वितरण के आकार को अभूतपूर्व सटीकता से निर्धारित किया है। के नेतृत्व में एरिक कॉर्नेल और जून ये, टीम ने पाया कि इस चार्ज वितरण में कोई भी असंतुलन - इलेक्ट्रॉन का विद्युत द्विध्रुव क्षण, या ईईडीएम - 4.1 x 10 से कम होना चाहिए-30 ई सेमी, 2.1×10 की अनिश्चितता के साथ-30 ई सेमी. यह सटीकता एक वायरस के आयामों के भीतर पृथ्वी के आकार को मापने के बराबर है, और परिणाम का मानक मॉडल से परे नए कणों की खोज में महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

नए कणों की तलाश करने का एक तरीका यह है कि इसे सीधे बड़े कण त्वरक जैसे लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) में ज्ञात कणों को एक साथ तोड़कर, बढ़ती ऊर्जा पर किया जाए। इसका विकल्प यह है कि इसे अप्रत्यक्ष रूप से किया जाए, इलेक्ट्रॉन के चार्ज वितरण में नए कणों के स्पष्ट संकेतों की तलाश की जाए। यह वह विधि है जिसे सीयू-बोल्डर टीम ने नियोजित किया है, और यह प्रयोगशाला टेबलटॉप पर खोज करने की अनुमति देता है।

ब्रह्मांड की समरूपता, एक इलेक्ट्रॉन में प्रतिबिंबित होती है

इसके घूमने के कारण इलेक्ट्रॉन में एक चुंबकीय क्षण होता है, और इसे एक चुंबकीय द्विध्रुव उत्पन्न करने वाले घूर्णन आवेश के रूप में माना जा सकता है। इसके विपरीत, विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (ईडीएम) केवल तभी घटित हो सकता है जब इलेक्ट्रॉन का आवेश वितरण थोड़ा विकृत हो। इस तरह की विकृति की उपस्थिति का मतलब यह होगा कि इलेक्ट्रॉन अब समय-उलट समरूपता का पालन नहीं करता है, जो मूलभूत आवश्यकता है कि भौतिकी एक समान है चाहे समय आगे या पीछे बहता हो।

यह समझने के लिए कि इस समरूपता का उल्लंघन क्यों होगा, विचार करें कि यदि समय उलट जाए तो क्या होगा। फिर इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशा में घूमेगा और उसके चुंबकीय क्षण की दिशा पलट जाएगी। हालाँकि, ईईडीएम स्थायी चार्ज विरूपण का परिणाम है, इसलिए यह अपरिवर्तित रहेगा। यह एक समस्या है, क्योंकि यदि हम दोनों क्षणों को समानांतर से शुरू करते हैं, तो समय के उलट होने से वे प्रतिसमानांतर हो जाते हैं, जिससे समय समरूपता का उल्लंघन होता है।

मानक मॉडल - ब्रह्मांड को बनाने वाली ताकतों और कणों के लिए वर्तमान सर्वोत्तम ढांचा - केवल बहुत कम मात्रा में समय-समरूपता उल्लंघन की अनुमति देता है, इसलिए यह भविष्यवाणी करता है कि इलेक्ट्रॉन का विद्युत द्विध्रुव क्षण ~ 10 से अधिक नहीं हो सकता है-36 ई सेमी. यह वर्तमान अत्याधुनिक उपकरणों के साथ भी प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण योग्य होने के लिए बहुत छोटा है।

हालाँकि, सुपरसिमेट्री जैसे मानक मॉडल के विस्तार अब तक खोजे गए किसी भी कण से अधिक ऊर्जा पर कई नए कणों के अस्तित्व की भविष्यवाणी करते हैं। ये नए कण इलेक्ट्रॉन के साथ संपर्क करके इसे बहुत बड़ा ईईडीएम देंगे। इसलिए गैर-शून्य ईईडीएम की खोज मानक मॉडल से परे नई भौतिकी की खोज और नए कणों के "मार्कर" की तलाश है।

आणविक आयन ईईडीएम को मापने में मदद करते हैं

ईईडीएम को मापने के लिए, सीयू-बोल्डर शोधकर्ता यह पता लगाते हैं कि एक इलेक्ट्रॉन बाहरी चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र में कैसे डगमगाता है। यह डगमगाहट, या पूर्वगमन, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में जाइरोस्कोप के घूमने के समान है। जब एक इलेक्ट्रॉन को चुंबकीय क्षेत्र के अंदर रखा जाता है, तो यह अपने चुंबकीय क्षण के कारण एक विशिष्ट आवृत्ति पर आगे बढ़ेगा। यदि इलेक्ट्रॉन में भी एक ईडीएम है, तो विद्युत क्षेत्र लागू करने से पूर्वता की यह दर बदल जाएगी: यदि इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र के संबंध में एक दिशा में उन्मुख है, तो पूर्वता की आवृत्ति तेज हो जाएगी; यदि यह दूसरी दिशा की ओर "संकेत" कर रहा है, तो गति धीमी हो जाएगी।

"हम इस डगमगाहट की आवृत्ति अंतर को मापकर ईईडीएम निर्धारित करने में सक्षम हैं, एक बार इलेक्ट्रॉन को एक दिशा में उन्मुख करके और फिर इसे दूसरी दिशा में उन्मुख करके," बताते हैं। ट्रेवर राइट, सीयू-बोल्डर में पीएचडी छात्र और एक पेपर के सह-लेखक विज्ञान परिणामों की रूपरेखा.

अकेले एक इलेक्ट्रॉन का अध्ययन करने के बजाय, शोधकर्ता हेफ़नियम फ्लोराइड आणविक आयनों (HfF+) के अंदर एक इलेक्ट्रॉन की पूर्वता आवृत्ति की निगरानी करते हैं। ट्रेवर बताते हैं कि इन आयनों का आंतरिक विद्युत क्षेत्र आवृत्ति अंतर को बहुत बड़ा बनाता है, और आयनों को एक जाल में सीमित करके, शोधकर्ता तीन सेकंड तक इलेक्ट्रॉन की पूर्वता को मापने में सक्षम थे। वास्तव में, शोधकर्ताओं का अणुओं पर इतना अच्छा नियंत्रण था कि वे पूर्ववर्ती आवृत्ति को दसियों की सटीकता तक मापने में सक्षम थे µहर्ट्ज।

620 घंटों के डेटा संग्रह के बाद, जिसके दौरान शोधकर्ताओं ने व्यवस्थित त्रुटियों की जांच करने और उन्हें कम करने के लिए कई प्रयोगात्मक मापदंडों को बदल दिया, उन्होंने इलेक्ट्रॉन ईडीएम पर ऊपरी सीमा को घटाकर 4.1×10 कर दिया।-30 ई सेमी. यह उनके अपने पिछले माप से 37 गुना छोटा है और पिछली सर्वोत्तम सीमा से 2.4 गुना छोटा है।

डेविड बनाम गोलियथ; ईईडीएम बनाम एलएचसी

नई सीमा मानक मॉडल के कुछ एक्सटेंशन जैसे स्प्लिट सुपरसिमेट्री (स्प्लिट एसयूएसवाई) और स्पिन -10 ग्रैंड यूनिफाइड सिद्धांत द्वारा ईईडीएम के लिए की गई भविष्यवाणियों का खंडन करती है, हालांकि पिछली सीमा ने पहले ही उन्हें नकार दिया था। सीयू-बोल्डर के पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता, टीम के सदस्य ल्यूक कैल्डवेल बताते हैं: "आम तौर पर ईईडीएम स्केल का अनुमानित आकार प्रस्तावित नई भौतिकी के ऊर्जा पैमाने के विपरीत होता है और उच्च और उच्च ऊर्जा पर ईईडीएम जांच भौतिकी के अधिक सटीक माप होते हैं। तराजू। हमारा माप एलएचसी जैसे कण कोलाइडर की पहुंच से परे, दसियों टीईवी पर ऊर्जा पैमाने पर नई भौतिकी पर बाधाएं प्रदान करता है। इससे यह संभावना नहीं है कि इन ऊर्जाओं के नीचे नए कण मौजूद हैं।

बोल्डर की टीम सहित कई शोधकर्ता इस सीमा को और भी कम करने पर जोर दे रहे हैं। “ईईडीएम प्रयोग की अगली पीढ़ी एक अलग अणु, थोरियम फ्लोराइड का उपयोग करेगी। यह अणु स्वाभाविक रूप से ईईडीएम के प्रति अधिक संवेदनशील है,'' कैल्डवेल कहते हैं, उन्होंने कहा कि उन्हें 10-20 सेकंड के लिए इसकी इलेक्ट्रॉन पूर्वता को मापने में सक्षम होना चाहिए। "इस नए उपकरण का एक प्रोटोटाइप पहले से ही चालू है और चल रहा है, आयनों को फँसा रहा है और पहली इलेक्ट्रॉन पूर्वता को रिकॉर्ड कर रहा है।"

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