Los físicos de JILA han utilizado por primera vez su técnica de moléculas giratorias para medir la "redondez" del electrón, confirmando los resultados principales de otro grupo y sugiriendo que son posibles evaluaciones más precisas.

Los investigadores atraparon e hicieron girar moléculas (iones) cargadas eléctricamente para medir la simetría de sus electrones, técnicamente conocido como momento dipolar eléctrico del electrón (eEDM), que es la uniformidad de la carga entre los dos polos del electrón. Pequeñas desviaciones de la redondez perfecta de los electrones (un eEDM distinto de cero) proporcionarían nuevos conocimientos sobre la física fundamental, incluyendo los valores de las constantes naturales durante la historia más temprana del universo y si las teorías físicas actuales son correctas. El experimento eEDM también es pionero en nuevas tecnologías de medición de precisión.

Como se informó en Cartas de revisión física , el equipo de JILA informó un límite superior en el eEDM de 1,3 x 10 ^-28 e-cm, un número minúsculo que indica que el electrón es esencialmente redondo, lo que confirma un resultado de 2014 de The ACME Collaboration.

JILA es operado conjuntamente por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder.

"Nuestra respuesta es que el momento dipolar eléctrico de un electrón es muy pequeño, consistente con cero, "Eric Cornell, miembro de NIST / JILA, dijo:" En realidad, solo somos una medida de confirmación, no establecer un nuevo límite, pero es importante porque usamos un enfoque que es radicalmente diferente de todas las mediciones anteriores. El hecho de que, no obstante, obtengamos la misma respuesta, prácticamente elimina la posibilidad de que simplemente nos equivocamos, o que lo hizo el otro grupo ".

El trabajo de JILA proporcionó una confirmación independiente del resultado de ACME utilizando un sistema físico y una técnica experimental diferentes, incluyendo una trampa especial desarrollada en 2013. El método ofrece ventajas únicas, períodos de tiempo de medición notablemente largos, ofreciendo potencial futuro para búsquedas eEDM más sensibles y otras pruebas de física fundamental.

Cornell ha dedicado gran parte de la última década a la búsqueda de eEDM.

"Se ha descubierto una nueva física de partículas a partir de mediciones de otros momentos dipolares de precisión, "Cornell explicó." El EDM es como un gran telescopio que mira los restos de asimetría que quedaron del Big Bang hace 14 mil millones de años. El universo tal como lo vemos hoy existe solo porque hace mucho tiempo cuando había unas pocas partículas más que antipartículas. Buscamos fósiles modernos de esa antigua asimetría, y un candidato probable sería un electrón deformado, para que su imagen reflejada se vea diferente. El hecho de que todavía no hayamos visto ese fósil es sorprendente, pero también es una pista ".

La técnica JILA hace girar iones de fluoruro de hafnio, Moléculas "polares" con carga positiva en un extremo ("polo") y carga negativa en el otro polo. Las moléculas polares pueden ser atrapadas y manipuladas con campos eléctricos para permanecer en los estados deseados durante períodos de tiempo relativamente largos:700 milisegundos en el nuevo experimento. casi 700 veces más que los mejores métodos de la competencia (haces térmicos de átomos o moléculas neutrales).

Los investigadores de JILA rotan los campos eléctricos y magnéticos lo suficientemente rápido como para atrapar los iones moleculares, pero lo suficientemente lento para que los iones se alineen con el campo eléctrico. Luego, los iones giran en microcírculos individuales.
mientras que los científicos miden sus propiedades. El campo eléctrico dentro de las moléculas amplifica la señal potencial de eEDM, que es la diferencia entre dos niveles de energía magnética.

Los investigadores de JILA recopilaron 360,3 horas de datos, incluyendo 1, 024 mediciones de eEDM. El equipo utilizó una variedad de técnicas para encontrar y corregir errores sistemáticos.

En el futuro cercano, los investigadores esperan duplicar su sensibilidad de medición utilizando una nueva trampa de iones, que contendrá el doble de iones, enfríelos a un volumen hasta 100 veces mayor, y utilizar un campo eléctrico giratorio más uniforme.

La técnica de campo giratorio puede resultar útil en otros experimentos. Por ejemplo, Los bits cuánticos utilizados en la computación cuántica podrían contener información durante más tiempo en niveles de energía eléctrica y magnética que en los estados cuánticos más comúnmente utilizados. Además, la nueva técnica podría usarse para investigar cualquier variación a lo largo del tiempo en las "constantes" fundamentales de la naturaleza utilizadas en los cálculos científicos.