Nacionalinio standartų ir technologijos instituto (NIST) bei Makso Planko fizikos instituto (Vokietija) tyrėjai įsitikinę, jog jiems pavyks ženkliai patikslinti vieną iš fundamentaliųjų gamtos konstantų. Šiam tikslui įgyvendinti mokslininkams teks elektroną perkelti į tolimiausią orbitalę, t. y. kuo toliau nuo atomo branduolio. Tokio eksperimento rezultatai ne tik padėtų lengviau atpažinti įvairius elementus (pvz., žvaigždžių sandarą ar aplinkos teršalus), bet ir leistų itin dideliu tikslumu patikrinti moderniąją atomo teoriją.

Fizikų taikinys – Rydbergo konstanta. Šis dydis nusako tikslią išspinduliuojamos šviesos spalvą, kai elektronas atome pereina iš vienos energetinės būsenos į kitą. Dabartinė Rydbergo konstantos vertė gauta palyginus teorines ir eksperimentines 23 skirtingų energijų elektronų šuolių vertes vandenilio ir deuterio atomuose.

Nors tyrėjai elektronų šuolių metu išspinduliuojamų fotonų dažnius eksperimentiškai išmatavo apytikriai 14 kvadrilijoninių (10-15) dalių tikslumu, tačiau Rydbergo konstantos vertė žinoma tik 6.6 trilijoninių (10-12) dalių tikslumu – 500 kartus mažesne verte. Pagrindinė to priežastis – atomo branduolio dydžio neapibrėžtumas. Šis neapibrėžtumas įtakoja elektrono užimamų energijos lygmenų padėtis, todėl tuo pačiu keičia išspinduliuojamos šviesos dažnį.

Dar vienas neapibrėžtumas, mažinantis Rydbergo konstantos tikslumą, susidaro dėl to, kad elektronai kartais išspinduliuoja ir sugeria labai trumpai gyvuojančius vadinamuosius virtualiuosius fotonus. Šis procesas taip pat gali šiek tiek pakoreguoti elektronų energijos lygmenis.

Siekdamas išvengti šių netikslumus sukeliančių reiškinių, NIST fizikas Piteris Moras (Peter Mohr) su kolegomis pasiūlė matavimams naudoti vadinamuosius vandeniliškuosius Rydbergo atomus. Vandeniliškieji Rydbergo atomai ypatingi tuo, kad jie turi branduolį ir vieną vienintelį aplink jį skriejantį elektroną, nes visi kiti elektronai yra nuplėšti. Kadangi paliekamas elektronas užima didelės energijos lygmenį, jis yra toli nuo branduolio, todėl pastarojo dydis pasidaro nebesvarbus. Be to, tokios orbitalės elektrono pagreitis yra žymiai mažesnis, todėl sumažėja virtualiųjų fotonų spinduliavimo įtaka. Visa tai leidžia tikėtis, jog teoriniai neapibrėžtumai sudarys vos kvintilijonines (10-18) rezultato dalis.

NIST tyrėjas Džozefas Tanas (Joseph Tan) su kolegomis tikisi, kad šią tikslumo ribą pavyks pasiekti eksperimentiškai elektronų pluošto jonų gaudykle (angl. electron beam ion trap). Pagrindinis uždavinys – nuplėšti visus atomo elektronus, atomą atšaldyti ir galiausiai leisti jam prisijungti vieną didelės energijos elektroną. Tuomet mokslininkai panaudos itin jautrias vadinamąsias dažnio šukas tam, kad išmatuotų šio Rydbergo atomo sugeriamą šviesą.

Gautas rezultatas galėtų būti ultratikslus dažnis, kuris padėtų patikslinti Rydbergo konstantą. Visai realu, jog naujoji konstantos vertė atskleistų moderniosios atomo teorijos – kvantinės elektrodinamikos – anomalijas.

Iliustracijoje:
a) Rydbergo atome elektronas (juodas taškelis) yra toli nuo branduolio (raudonas ir pilkas kamuoliukas). 
b) tikimybinis elektrono būsenų pasiskirstymas Rydbergo atome rodo, kad, tikimybė, jog elektronas bus šalia branduolio, praktiškai neegzistuoja.
c) optinio dažnio šukų jautrumas yra pakankamas itin tiksliai išmatuoti Rydbergo konstantą.

Komentarai (8)