质子磁矩的最精确值

平面载流线圈的磁矩定义为m=iSn式中i电流强度;S为线圈面积;n为与电流方向成右手螺旋关系的单位矢量。在畴壁中磁矩分布示意图均匀外磁场中，平面载流线圈不受力而受力矩，该力矩使线圈的磁矩m转向外磁场B的方向;在均匀径向分布外磁场中，平面载流线圈受力矩偏转。许多电机和电学仪表的工作原理即基于此。Credit 123RF

一个由多国科学家组成的国际团队采用高精度的方法得到了质子磁矩的当前最精确的测量数值。

最新的测量值是 2.79284734462，误差在正负0.00000000082个核磁子(它的典型单位)。

磁矩是粒子的一个属性，是磁性存在的先决条件，也适用于质子；它体现了原子结构的基本性质。

该团队包括来自RIKEN的Ulmer基本对称实验室(FSL)，Johannes Gutenberg-UniversitätMainz、马克思普朗克海德堡核物理研究所和GSI Darmstadt的科学家。

第一类测量的精确度误差要小于十亿分之一。

为了达到这一标准，研究人员需要分离出一个质子。

数词“一个”不是表达某类；这里真的是一个质子。他们先令质子陷入了潘宁陷阱(Penning trap)。等检测到离子的热信号(电子与质子的比例不一致的原子或分子)，使用电场消除其他的质子，直到剩下一个。

高度的特异性实验需要非常尖端的工程技术，实现在两种陷阱之间的质子移动。

潘宁陷阱内的质子会将其自旋与陷阱内的磁场同步。探测器测量到两种频率：质子在磁场中的自旋频率和Larmor(spin-procession)频率。

所有这些将帮助我们确定磁矩。质子经过第一个陷阱中的所有步骤之后，移动到第二个陷阱，在那里用磁性瓶获得的它的自旋状态。

这项研究的第一作者Georg Schneider说，这项工作将“使我们能够更好地理解诸如原子结构这些微观尺度下的现象”。

RIKEN FSL的成员，该论文的第二作者Andreas Mooser说：“未来使用这种技术，我们将能够在CERN的BASE实验中对反质子进行类似的精确测量，这将使我们能够进一步理解，为什么我们的宇宙是现在的样子，而不是反物质的宇宙。”

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。