Ученым из коллаборации Project 8, в которую входят 27 физиков из шести учреждений США и Германии, впервые удалось наблюдать циклотронное излучение от единичного электрона и измерить его энергию. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Science News.
Установка, в которой коллаборация Project 8 впервые наблюдала электромагнитные волны от единичного электрона, расположена в Вашингтонском университете в Сиэттле. Она представляет собой небольшую ячейку (размером примерно с чашку эспрессо), заполненную находящимся под низким давлением охлажденным радиоактивным газом криптон-83 и окруженную сверхпроводящим магнитом с индукцией в один тесла. Аналогичное по порядку магнитное поле имеют отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера.
В результате радиоактивного бета-распада изотопа криптон-83 испускается электрон, который во внешнем магнитном поле начинает вращаться по круговой орбите. Как предсказал еще в 1904 году Оливер Хевисайд, это может привести к циклотронному излучению, которое на частоте около 25 гигагерц и определяли чувствительные микроволновые датчики установки. Величина энергии этого излучения, которое удалось определить ученым, равняется 30 электронвольтам.
Схема экспериментальной установки в Вашингтонском университете
Изображение: APS / Alan Stonebraker, based on a drawing by Ben Monreal / UCSB
Кроме электрона, в результате бета-распада образуется другой лептон — нейтрино. Исследованиям свойств этой частицы и посвящена основная деятельность коллаборации Project 8. В Стандартной модели физики элементарных частиц масса нейтрино равна нулю, однако данные экспериментов указывают, что лептон все же имеет небольшую массу.
В этом случае значение энергии образующихся в результате бета-распада электронов должно быть меньше, чем если бы нейтрино были безмассовыми, что позволяет ученым получить ограничения на массу этой чрезвычайно легкой частицы. В настоящее время верхнее ограничение на массу нейтрино равно 0,01-0,05 электронвольтам. Последнее значение в десять миллионов раз меньше массы электрона. Природа такого разрыва между массами лептонов составляет одну из основных загадок физики элементарных частиц.