Naukowcy wykorzystali w tym celu spektroskopię rentgenowską. Dzięki przyjętemu podejściu mogli rozróżnić jednoelektronowe i wieloelektronowe efekty elektrodynamiki kwantowej. Wszystko to w obecności silnego pola, co ostatecznie doprowadziło do historycznego porównania energii przejścia między poszczególnymi jonami uranu. Kulisy przeprowadzonych eksperymentów są już dostępne w Nature.
Czytaj też: Fizycy w szoku! Kwantowe fluktuacje nagle znikają w dwuwymiarowym nadprzewodniku
Elektrodynamika kwantowa to istotna teoria odnosząca się do oddziaływań elektromagnetycznych. Wyjaśnia także interakcję światła i materii, dlatego odgrywa bardzo ważną rolę w próbach zrozumienia fizyki. Problem polega na tym, że nie zawsze teoria zgadza się z praktyką. Wyniki ostatnich pomiarów okazały się odbiegać od przewidywań, dlatego naukowcy postanowili przeprowadzić ostateczny test.
O ile jednak do tej pory badania dotyczyły słabych pól elektromagnetycznych i lekkich atomów, tak teraz przyszła pora na ciężkie jony. Poświęcone im analizy z jednej strony przynoszą liczne możliwości, ale i dostarczają nieco komplikacji. Wysiłki zdecydowanie popłaciły, gdyż autorzy publikacji mówią o dokładności rzędu 37 części na milion. Przy tak wysokim poziomie pomiarów da się rozróżnić modele teoretyczne, ale i potwierdzić ustalenia z ostatnich kilkudziesięciu lat.
Pomiary poświęcone ciężkim jonom uranu pozwalają naukowcom na wyjaśnianie tajemnic związanych z elektrodynamiką kwantową
Ciężki jony, wytwarzając pola znacznie silniejsze niż jakikolwiek laser, potęgują efekty elektrodynamiki kwantowej, co sprzyja badaczom. Na potrzeby prowadzonych analiz, członkowie zespołu skorzystali z tzw. pierścienia magazynującego, dzięki czemu zdecydowanie poszerzyli zakres działań możliwych względem najcięższych jonów pozostających w różnych stanach naładowania. Później wykonali spektroskopię rentgenowską najprostszego i najcięższego wieloelektronowego układu atomowego, której głównym aspektem było porównanie jego energii przejścia z podobnymi jonami.
Później do akcji wkroczyły spektrometry z kryształem Bragge umieszczone w komorze, w której dochodziło do interakcji pierścienia magazynującego ze strumieniem gazu. Dzięki nowatorskiej metodzie kalibracji niemal dziesięciokrotnie wzrosła dokładność bezwzględnej energii przejścia. Jak podsumowują autorzy, porównanie jonów uranu z różną liczbą związanych elektronów pozwala lepiej zrozumieć jednoelektronowe efekty elektrodynamiki kwantowej wyższego rzędu oraz warunki interakcji na linii elektron-elektron bez niepewności związanej z promieniem jądra. W przyszłości wyciągnięte wnioski powinny zaprocentować w związku z badaniami w dziedzinie silnego pola.
