La mesure précise des états dans les systèmes atomiques et moléculaires peut aider à valider les théories de la physique fondamentale et leurs prédictions. Parmi les différentes plateformes qui peuvent aider à valider les prédictions théoriques figurent des ions hydrogène moléculaires diatomiques (MHI), des ions moléculaires qui se composent de deux noyaux d'hydrogène (c'est-à-dire des protons ou de leurs isotopes) et un seul électron.
Par rapport aux ions atomiques, ces ions moléculaires ont une structure interne plus complexe, car elles contiennent deux noyaux au lieu d'un. Même lorsqu'ils sont dans leur niveau d'énergie électronique le plus bas possible (c'est-à-dire l'état fondamental de l'électron), ces deux noyaux peuvent toujours tourner et vibrer, produisant une large gamme d'états rovibrationnels.
Les chercheurs de l'Institut Max Planck pour la physique nucléaire ont récemment introduit une nouvelle méthode pour contrôler et mesurer avec précision et mesurer avec précision l'état fondamental de rovibration d'un seul ion hydrogène moléculaire dans un piège à réception (c'est-à-dire un dispositif qui limite les particules chargées à l'aide de champs électriques et magnétiques statiques).
Cette méthode, décrite dans un article publié dans Lettres d'examen physiquepourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour la manipulation et la mesure des riches états quantiques dans les ions moléculaires individuels.
« Le travail du journal a été inspiré par l'objectif de la communauté de la recherche en physique fondamentale de comparer H2+ et son homologue antimatière h2– À l'avenir, « Charlotte König, premier auteur du journal, a déclaré à Issues.fr. » Un aperçu de ce sujet et des propositions de mesure peuvent être trouvés dans un article par Myers publié en 2018.
Par conséquent, nous avons maintenant développé et démontré des techniques de détection et de mesure de l'état non destructif sur un seul ion hydrogène moléculaire (HD+) dans un piège à réception; applicable à d'autres ions moléculaires avec un spin d'électrons non apparié, c'est-à-dire à H2+ et h2–. «
La nouvelle méthode développée par König et ses collègues s'appuie sur un effet connu sous le nom d'effet de Gerlach de Stern continu, dévoilé pour la première fois dans les années 1980. Il s'agit d'un phénomène physique qui peut être exploité pour mesurer l'orientation du moment magnétique (par exemple, le spin électronique) de particules piégées uniques, y compris les ions, sans les détruire.
« Dans nos expériences, l'orientation de la rotation des électrons dans le champ magnétique externe (b) du piège de pénu0+ B2 x2), qui est une technique établie pour les ions atomiques dans les pièges à réception « , a expliqué König.
« Dans la molécule, le fractionnement d'énergie entre le rotation ou le basse-les-t-il est unique à chaque état de rovibration et d'hyperfine. Par conséquent, conduisant de manière résonnante une transition de spin électronique (détectée par l'effet de Gerlach de Stern continu), nous donne les informations sur l'état quantique interne dans lequel se trouve l'ion. »
En utilisant leur méthode nouvellement proposée, König et ses collègues ont démontré le confinement d'un ion d'hydrogène moléculaire produit à l'extérieur (HD+) pendant plus d'un mois. De plus, ils ont pu détecter l'état quantique interne de cet ion et contrôler son état hyperfine.
« Ce sont des exigences nécessaires pour permettre les mesures futures de l'ion hydrogène moléculaire de l'antimatière H2– Pour les tests de la symétrie d'inversion fondamentale du temps de charge de charge « , a déclaré König. » Les techniques pourraient également être appliquées à d'autres ions moléculaires, pour lesquels un contrôle unique des particules est envisagé. «
Les recherches récentes de cette équipe de chercheurs et les nouvelles techniques qu'il a introduites pourraient être utilisées dans de futures études sondant les états des systèmes moléculaires de matière et d'antimatière. En fin de compte, il pourrait aider à dévoiler les écarts par rapport au modèle standard, en mettant en lumière les limites des prédictions physiques actuelles.
« Nos futurs plans de recherche comprendront l'application des techniques démontrées à la spectroscopie de haute précision des ions hydrogène moléculaire unique dans notre appareil de piège à pension », a ajouté König. « Cette recherche s'adressera à la structure Hyperfine et Zeeman ou la structure au niveau de la rovibration. »
