Os físicos da JILA, pela primeira vez, usaram sua técnica de moléculas giratórias para medir a "circularidade" do elétron, confirmando os principais resultados de outro grupo e sugerindo que avaliações mais precisas são possíveis.

Os pesquisadores capturaram e giraram moléculas eletricamente carregadas (íons) para medir a simetria de seus elétrons, tecnicamente conhecido como momento de dipolo elétrico do elétron (eEDM), que é a uniformidade da carga entre os dois pólos do elétron. Pequenos desvios da circularidade perfeita do elétron (um eEDM diferente de zero) forneceriam novos insights sobre a física fundamental, incluindo os valores das constantes naturais durante a história mais antiga do universo e se as teorias da física atuais estão corretas. O experimento eEDM também é pioneiro em novas tecnologias de medição de precisão.

Conforme relatado em Cartas de revisão física , a equipe JILA relatou um limite superior no eEDM de 1,3 x 10 ^-28 e-cm - um número minúsculo que indica que o elétron é essencialmente redondo - confirmando assim um resultado de 2014 da The ACME Collaboration.

O JILA é operado em conjunto pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e pela Universidade de Colorado Boulder.

"Nossa resposta é que o momento de dipolo elétrico de um elétron é muito pequeno, consistente com zero, "NIST / JILA Fellow Eric Cornell disse." Nós somos apenas uma medida de confirmação, não estabelecendo um novo limite, mas é importante porque usamos uma abordagem que é radicalmente diferente de todas as medições anteriores. O fato de ainda obtermos a mesma resposta elimina a possibilidade de termos simplesmente errado, ou que o outro grupo fez. "

O trabalho JILA forneceu confirmação independente do resultado da ACME usando um sistema físico e técnica experimental diferente, incluindo uma armadilha especial desenvolvida em 2013. O método oferece vantagens únicas, notavelmente longos períodos de medição, oferecendo potencial futuro para pesquisas eEDM mais sensíveis e outros testes de física fundamental.

Cornell dedicou grande parte da última década à busca do eEDM.

"Uma nova física de partículas foi descoberta a partir de medições de outros momentos de dipolo de precisão, "Cornell explicou." O EDM é como um grande telescópio olhando para os restos da assimetria que sobraram do Big Bang 14 bilhões de anos atrás. O universo como o vemos hoje existe apenas porque lá atrás, quando havia mais algumas partículas do que antipartículas. Estamos procurando fósseis modernos dessa antiga assimetria, e um provável candidato seria um elétron deformado, para que sua imagem no espelho pareça diferente. O fato de não termos visto aquele fóssil ainda é surpreendente, mas também é uma pista. "

A técnica JILA gira íons de fluoreto de háfnio, Moléculas "polares" com carga positiva em uma extremidade ("pólo") e carga negativa no outro pólo. As moléculas polares podem ser capturadas e manipuladas com campos elétricos para permanecer nos estados desejados por períodos relativamente longos de tempo - 700 milissegundos no novo experimento, quase 700 vezes mais longo do que os melhores métodos concorrentes (feixes térmicos de átomos ou moléculas neutras).

Os pesquisadores da JILA giram os campos elétricos e magnéticos rápido o suficiente para capturar os íons moleculares, mas lentamente o suficiente para que os íons se alinhem com o campo elétrico. Os íons então giram em micro-círculos individuais
enquanto os cientistas medem suas propriedades. O campo elétrico dentro das moléculas amplifica o sinal potencial de eEDM, que é a diferença entre dois níveis de energia magnética.

Os pesquisadores da JILA coletaram 360,3 horas de dados, incluindo 1, 024 medições eEDM. A equipe usou uma variedade de técnicas para encontrar e corrigir erros sistemáticos.

No futuro próximo, pesquisadores esperam dobrar sua sensibilidade de medição usando uma nova armadilha de íons, que conterá o dobro de íons, resfrie-os a um volume até 100 vezes maior, e usar um campo elétrico giratório mais uniforme.

A técnica de campo rotativo pode ser útil em outros experimentos. Por exemplo, bits quânticos usados ​​em computação quântica podem conter informações por mais tempo em níveis de energia elétrica e magnética do que em estados quânticos mais comumente usados. Além disso, a nova técnica pode ser usada para investigar quaisquer variações ao longo do tempo nas "constantes" fundamentais da natureza usadas em cálculos científicos.