В статье, опубликованной в Physical Review Letters, д-р Асимина Арванитаки (Asimina Arvanitaki) и ее коллеги описали схему будущего эксперимента, который сможет выявить отсутствие электрического заряда у нейтрона с немыслимой ранее точностью. Установка стэнфордских ученых спроектирована таким образом, что с ее помощью можно обнаружить у атомов рубидия заряд на уровне 10-28 заряда электрона. Это в сотни миллионов раз превышает точность аналогичных измерений в предыдущих экспериментах.
Д-р Арванитаки сравнивает это значение с измерением расстояния от Земли до Солнца с точностью до размеров атомного ядра. В эксперименте используется атомный интерферометр — прибор, использующий квантовомеханические свойства атома и позволяющий определять стационарную картину двух сдвинутых по фазе компонент какого-либо состояния атома.

Поток атомов рубидия в предполагаемом эксперименте со скоростью 10 м/с направляется вертикально вверх по цилиндру высотой 10 м. Внутри этого цилиндра расположены на одной с ним оси два цилиндра меньшего диаметра, разделенные небольшим промежутком. На один из этих цилиндров подается положительный потенциал, на другой — точно такой же отрицательный потенциал.

При движении вверх атомы рубидия испытывают воздействие импульсов лазерного излучения, которые изменяют волновую функцию атомов — она становится суперпозицией двух разных состояний, соответствующих разным моментам количества движения. Эти состояния и наблюдаются в дальнейшем с помощью атомного интерферометра. Действие лазера приводит к различиям в скорости движения атомов в среднем на 1 м/с. Этого достаточно, чтобы одна часть атомов, двигаясь вверх по параболической траектории, не долетала до промежутка, разделяющего верхний и нижний цилиндры, а вторая — преодолевала его.

При наличии даже самого малого заряда у атомов, оказавшихся в верхней части цилиндра, под действием приложенного к нему потенциала возникнет фазовый сдвиг в состояниях атомов рубидия, который проявится затем в интерференционной картине, наблюдаемой с помощью атомного интерферометра. Заявленную авторами точность измерения заряда сможет обеспечить многократное повторение эксперимента с применением статистических методов обработки данных.

Этот эксперимент поможет дать ответы на ряд фундаментальных вопросов, касающихся наличия или отсутствия электрического заряда у элементарных частиц, и будет одним из аргументов в пользу теории Великого объединения фундаментальных взаимодействий, которая, среди прочего, объясняет квантование заряда и природу нейтральности атомов.