Электрон внутри молекулы ведёт себя как крошечный магнит, и его «силу» можно измерить с огромной точностью. Физики взяли молекулярный ион HD⁺ — это ядро из протона и дейтрона (тяжёлого водорода), вокруг которого кружит один-единственный электрон, — и поместили его в сильное магнитное поле 4 тесла (примерно в 80 тысяч раз сильнее земного).
С помощью высокоточной спектроскопии они измерили, как электрон откликается на это поле. Получилось число g = −2,00227854096 с погрешностью всего 2×10⁻¹⁰ — это как если бы вы взвесили слона и ошиблись на долю миллиграмма. Такая точность стала возможна благодаря новым теоретическим расчётам, которые учли тонкие квантовые эффекты (взаимодействие электрона с собственным излучением) и снизили неопределённость теории в тысячу раз.
Кроме того, измерили взаимодействие спинов (собственных «вращений») электрона и ядер. Один из коэффициентов совпал с теорией, а вот второй — слегка разошёлся. Это не кризис, а скорее намёк: возможно, в расчётах не хватает какого-то очень тонкого эффекта, который теперь предстоит найти.
Такая точность важна не сама по себе. Молекулярный ион HD⁺ — идеальная «лаборатория» для проверки фундаментальных законов физики: если измеренные значения совпадут с расчётами из первых принципов, значит, наше понимание квантового мира верно. А если нет — значит, мы стоим на пороге нового открытия.
Магнитное поле 4 тесла, использованное в эксперименте, лишь немного слабее поля внутри магнитно-резонансного томографа, но в 80 тысяч раз сильнее поля Земли.