Группа исследователей использовала революционную технику для выявления ранее неизвестных свойств технологически важных кристаллов кремния, а в результате обнаружила новую информацию о важной субатомной частице и пятой силе природы.

Об этом пишет журнал Science.

Исследование проводилось в рамках международного сотрудничества в Национальном институте стандартов и технологий (NIST). Дмитрий Пушин, член Института квантовых вычислений университета Ватерлоо и преподаватель кафедры физики и астрономии, был единственным канадским исследователем, участвовавшим в исследовании. Целью Пушина было создать создать качественные квантовые сенсоры из идеальных кристаллов.

Направляя субатомные частицы — нейтроны — на кристаллы кремния и отслеживая результат с высокой чувствительностью, исследователи смогли получить три выдающихся результата: первое за 20 лет измерение ключевого свойства нейтрона с использованием уникального метода; высокоточные измерения эффектов тепловых колебаний в кристалле кремния; и ограничения силы возможной пятой силы за пределами стандартных физических теорий. Последняя работа, проведенная в сотрудничестве с исследователями из Японии, США и Канады, позволила в четыре раза повысить точность измерения процессов в структуре кристалла кремния.

Пушин, чьи исследования специализируются на нейтронной физике и интерферометрии, сыграл важную роль в сборе данных о нейтронах и химическом травлении образцов. Это помогло научной команде изучить те силы, что лежат за пределами Стандартной модели.

Стандартная модель в настоящее время является широко принятой теорией взаимодействия частиц и сил на микроуровне. Но это неполное объяснение того, как устроена природа, и ученые подозревают, что во Вселенной есть нечто большее, чем описывает теория. Стандартная модель описывает три фундаментальные силы в природе: электромагнитное, сильное и слабое ядерное взаимодействие. Каждая сила действует через действие «частиц-носителей». Например, фотон является переносчиком электромагнитной силы. Но Стандартная модель не включает гравитацию в свое описание природы. Кроме того, некоторые эксперименты и теории предполагают возможное присутствие пятой силы.

Исследователи уже планируют более масштабные измерения эффекта Пенделлосунга с использованием кремния и германия. Ученые ожидают пятикратное уменьшение погрешности их измерений, что может дать наиболее точное на сегодняшний день измерение радиуса нейтронного заряда и обнаружить ту самую пятую силу. Они также планируют провести криогенную версию эксперимента, которая покажет, как атомы кристалла ведут себя в квантовом основном состоянии. Именно оно объясняет тот факт, почему квантовые объекты никогда не бывают совершенно неподвижными даже при температурах, близких к абсолютному нулю.