Как недавно сообщалось в Nature, физики из Научного института Вейцмана использовали аналогичный трюк для измерения взаимодействия между минимально возможными магнитами — двумя отдельными электронами — после нейтрализации магнитного шума, который был в миллион раз сильнее, чем сигнал, необходимый для обнаружения. .Доктор Рои Озери из отдела физики сложных систем Института говорит: «У электрона есть спин, форма ориентации, включающая два противоположных магнитных полюса. Фактически, это крошечный стержневой магнит».
Вопрос в том, действуют ли пары электронов как обычные стержневые магниты, в которых противоположные полюса притягиваются друг к другу.Доктор Шломи Котлер проводил исследование, будучи аспирантом под руководством доктора Озери, с доктором. Ницан Акерман, Нир Навон и Йиннон Гликман.
Обнаружение магнитного взаимодействия двух электронов представляет собой огромную проблему: когда электроны находятся на близком расстоянии — как обычно на атомной орбите — преобладают силы, отличные от магнитных. С другой стороны, если электроны растягиваются, магнитная сила становится доминирующей, но настолько слабой в абсолютном выражении, что ее легко заглушить окружающий магнитный шум, исходящий от линий электропередач, лабораторного оборудования и магнитного поля Земли.Ученые решили эту проблему, позаимствовав уловку из квантовых вычислений, которая защищает квантовую информацию от внешнего вмешательства.
Этот метод связывает два электрона вместе так, что их спины направлены в противоположные стороны. Таким образом, как и прыгающий теннисный мяч, прикрепленный к измерительному устройству, комбинация равных, но противоположных вращений делает электронную пару невосприимчивой к магнитному шуму.
Ученые Вейцмана построили электрическую ловушку, в которой два электрона связаны с двумя ионами стронция, которые охлаждаются близко к абсолютному нулю и разделены 2 микрометрами (миллионными долями метра). На этом расстоянии, которое является астрономическим по стандартам квантового мира, магнитное взаимодействие очень слабое. Но поскольку на электронные пары не влиял внешний магнитный шум, взаимодействия между ними можно было измерить с большой точностью.
Измерение длилось 15 секунд — в десятки тысяч раз дольше, чем миллисекунды, в течение которых ученые до сих пор могли сохранять квантовые данные.Измерения показали, что электроны магнитно взаимодействуют так же, как два больших магнита: их северные полюса отталкиваются друг от друга, вращаясь вокруг своих осей, пока их противоположные полюса не приблизятся. Это соответствует предсказаниям Стандартной модели, принятой в настоящее время теории материи.
Также, как и предсказывалось, магнитное взаимодействие ослаблялось в зависимости от расстояния между ними в степени трех.Помимо раскрытия фундаментального принципа физики элементарных частиц, измерительный подход может оказаться полезным в таких областях, как разработка атомных часов или исследование квантовых систем в шумной среде.