پوزیترونیوم اتم هیدروژن‌گونه‌ای است که از یک الکترون و یک پوزیترون (پادالکترون) ساخته شده است. از آنجا که پوزیترونیومْ پروتون یا نوترون ندارد می‌توان از برهم‌کنش‌های هسته‌ای چشم‌پوشی کرد و با دقت اتم را با الکترودینامیک کوانتومی (QED) – همتای کوانتومی الکترودینامیک کلاسیک - توصیف کرد. از این رو پوزیترونیوم یک سیستم ایدئال برای آزمون QED و جستجو به‌دنبال انحرافاتی است که می‌تواند بیان‌کننده فیزیکی فراتر از مدل استاندارد باشد. دیوید کیسیدی و همکارانش در دانشگاه کالج لندن، در انگلیس، با این هدف، «ساختار ظریف» پوزیترونیوم را با دقت بی‌سابقه‌ای توصیف کردند و نشان‌دهنده اختلاف‌هایی با پیش‌بینی‌های QED است^۱.

ساختار ظریف اتم توصیف‌کننده شکاف سطوح انرژی آن ناشی از اسپین الکترون‌ها و آثار نسبیتی است. اندازه‌گیری دقیق آن برای پوزیترونیوم چالش‌برانگیز است، زیرا سیستم طی چندصد نانوثانیه بعد از تولید نابود می‌شود. کیسیدی و همکارانش با گزارش اولین اندازه‌گیری‌های ساختار ظریف در بیش از ۲۵ سال، گام‌های برداشته‌شده برای بهبود و به‌حداقل رساندن خطاهای آزمایشگاهی سیستماتیک را با جزئیات توصیف کردند. به‌خصوص برای تهیه انتخابی پوزیترونیوم در یک حالت الکترونیکی که در آن عمر آن طولانی شده است، از لیزرهایی استفاده کرده‌اند. آنها اتم‌ها را خنک می‌کنند تا اثرات دوپلر را، که خطوط اتمی را پهن مي‌کند، به حداقل برسانند؛ آنها با استفاده از امواج طول‌موج کوتاه با توان پایین که تغییر قابل‌توجهی در سطوح انرژی اتمی نمی‌دهد، گذارها را بررسی کردند.

گروه نشان داد که فرکانس مشاهده‌شده برای گذار یک پوزیترونیوم خاص حدود یک‌هزارمِ قسمت بزرگ‌تر از مقدار پیش‌بینی‌شده در QED است – اختلافی که به‌طور قابلِ‌توجهی فراتر از نوار خطاهای (error bars) تخمینی است. ممکن است به‌زودی با پیشرفت‌های بیشتر، اندازه‌گیری‌های این گذار و دیگر گذارها بتواند این انحراف را توضیح دهد و بررسی کند که آیا بیان‌کننده فیزیک جدیدی است یا نه.

نویسنده: Matteo Rini، معاون سردبیر Physics.

منبع: https://physics.aps.org/articles/v13/s99

مراجع: