Отношение масс протона и электрона измерили с помощью спектроскопии холодных молекулярных ионов
Физики провели сверхточное измерение частоты колебательного перехода в молекулярном ионе водорода HD+ с помощью метода абсорбционной спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне. Полученное значение они сопоставили с теоретической формулой, благодаря чему удалось уточнить величину отношения массы протона к массе электрона. Работа опубликована в Nature Physics.
История развития физики неразрывно связана с улучшением точности спектроскопии атомов и молекул. Так, на становление квантовой механики повлияли попытки интерпретации линейчатого спектра атома водорода, в особенности его тонкой структуры. А открытие более тонкого зазора между энергетическими уровнями — лэмбовского сдвига — привело к созданию квантовой электродинамики. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашем материале «Щель в доспехах».
На пути к росту точности неизбежно возникают различные трудности. Среди них — допплеровское уширение спектральных линий, вызванное хаотическим движением атомов и молекул. Для решения этой проблемы физики придумали помещать их в ловушки, в которых их движение ограничено (режим Лэмба — Дикке). Это стало возможным благодаря технике лазерного охлаждения, однако не все частицы, в особенности молекулы, можно охладить таким способом.
Чтобы обойти эту трудность группа физиков из Германии и России при участии Владимира Коробова (V. I. Korobov) из Объединенного института ядерных исследований использовала технику симпатического охлаждения. В ней атомы или молекулы, которые не поддаются лазерному охлаждению, смешивают с частицами, которые можно так охладить. За счет кулоновского отталкивания первые передают свою кинетическую энергию вторым и остывают.