Atomik ve moleküler sistemlerde durumların kesin ölçümü, temel fizik teorilerinin ve tahminlerinin doğrulanmasına yardımcı olabilir. Teorik tahminlerin doğrulanmasına yardımcı olabilecek çeşitli platformlar arasında, diatomik moleküler hidrojen iyonları (MHI), iki hidrojen çekirdeğinden (yani, protonlardan veya izotoplarından) oluşan moleküler iyonlar ve tek bir elektron bulunmaktadır.
Atomik iyonlarla karşılaştırıldığında, bu moleküler iyonlar, bir yerine iki çekirdek içerdikleri için daha karmaşık bir iç yapıya sahiptir. Mümkün olan en düşük elektronik enerji seviyelerinde (yani elektronun zemin durumu) olsalar bile, bu iki çekirdek hala dönebilir ve titreşebilir ve çok çeşitli rovibrational durumlar üretebilir.
Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’ndeki araştırmacılar yakın zamanda bir penning tuzağında tek bir moleküler hidrojen iyonunun rovibrasyonel zemin durumunu tam olarak kontrol etmek ve yıkıcı olmayan bir şekilde ölçmek için yeni bir yöntem getirdiler (yani, statik elektrik ve manyetik alanları kullanarak yüklü parçacıkları sınırlayan bir cihaz).
Bu yöntem, yayınlanan bir makalede özetlendi Fiziksel İnceleme Mektuplarıbireysel moleküler iyonlarda zengin kuantum durumlarının manipülasyonu ve ölçümü için yeni olasılıklar açabilir.
“Makalenin çalışması, temel fizik araştırma topluluğunun H karşılaştırması amacından ilham aldı.2+ ve onun antimadde meslektaşı H2– Gelecekte, “Makalenin ilk yazarı Charlotte König, CEİD’a söyledi.
Bu nedenle, şimdi tek bir moleküler hidrojen iyonu (HD+) bir penning tuzağında; eşleştirilmemiş bir elektron spinli diğer moleküler iyonlar için uygulanabilir, yani H ila H2+ ve H2–. “
König ve meslektaşları tarafından geliştirilen yeni yöntem, ilk olarak 1980’lerde tanıtılan sürekli kıç gerlach etkisi olarak bilinen bir etkiye dayanıyor. Bu, iyonlar da dahil olmak üzere tek sıkışmış parçacıkların manyetik momentinin (örn. Elektron spin) yönünü ölçmek için kaldırılabilen fiziksel bir fenomendir.
“Deneylerimizde, penning tuzağının harici manyetik alanındaki (b) elektron spininin yönlendirilmesi, bir manyetik şişede iyon hareketine eşlenir (b = b0+B2 X2Penning tuzaklarında atomik iyonlar için yerleşik bir teknik olan, “diye açıkladı König.
“Molekülde, elektron dönüşü yukarı veya aşağı arasındaki enerji bölünmesi, her bir rovibrational ve hiperfin durumuna özgüdür. Bu nedenle, bir elektron spin geçişini (sürekli kıç gerlach etkisi tarafından tespit edilen) yeniden yönlendirir, bize iyonun hangi dahili kuantum durumunun içinde bulunduğu hakkında bilgi verir.”
Yeni önerilen yöntemlerini kullanarak König ve meslektaşları, harici olarak üretilen bir moleküler hidrojen iyonunun (HD+) bir aydan fazla. Ek olarak, bu iyonun iç kuantum durumunu tespit edebildiler ve hiperfin durumunu kontrol edebildiler.
“Bunlar, antimadde moleküler hidrojen iyonunun gelecekteki ölçümlerini sağlamak için gerekli gereksinimlerdir H2– Temel yük-parite-zaman tersine çevirme simetrisinin testleri için “dedi König.” Teknikler, tek parçacık kontrolünün öngörüldüğü diğer moleküler iyonlara da uygulanabilir. “
Bu araştırmacı ekibi tarafından yapılan son araştırmalar ve tanıttığı yeni teknikler, hem maddenin hem de antimitter moleküler sistemlerin durumlarını araştıran gelecekteki çalışmalarda kullanılabilir. Nihayetinde, mevcut fiziksel tahminlerin sınırlamalarına ışık tutarak standart modelden sapmaları ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir.
König, “Gelecekteki araştırma planlarımız, gösterilen tekniklerin penning tuzağı aparatımızdaki tek moleküler hidrojen iyonlarının yüksek hassasiyetli spektroskopisine uygulanmasını içerecek.” Diyerek şöyle devam etti: “Bu araştırma ya hiperfin ve zeeman yapısını veya rovibrasyonel seviye yapısını ele alacak.”
