Квантовая электродинамика считается наиболее разработанной частью квантовой теории поля. Именно она внедрила представление о том, что электромагнитное поле обладает прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются его кванты — фотоны. Нет нужды напоминать о том, сколь позитивное влияние оказал этот взгляд на наше понимание электромагнитного поля в целом.

Чтобы детально проверить её предсказания относительно поведения электронов при столкновении с другими частицами, исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) под общим руководством физика Кристофера Чантлера (Chris Chantler) из Мельбурнского университета (Австралия) использовали сравнительно тяжёлые атомы титана, предварительно лишив их почти всех электронов. Полученные в итоге ионы имели лишь два электрона из двадцати двух, что есть у титана в норме.

Рис. 1. Эксперимент на электронно-лучевой ионной ловушке показал, что электроны в ионах могут вести себя наперекор квантовой электродинамике. Что нуждается в пересмотре — КЭД или методика экспериментаторов? (Фото NIST).

В этом необычном состоянии эффекты, предсказываемые квантовой электродинамикой, значительно усиливаются. При столкновении электронов такого иона с другой частицей они должны быстро перейти в более высокое энергетическое состояние и испустить фотон определённой энергии.

Квантовая электродинамика, как считалось, точно предсказывает его энергию и длину волны. Однако в поставленном при помощи электронно-лучевой ионной ловушки эксперименте все длины волны полученных таким образом фотонов были вовсе не теми, что должны быть по теории.

Да, эксперимент нуждается в независимой проверке, но если эти результаты окажутся устойчиво воспроизводимыми, то из них будет следовать либо наше, мягко говоря, неполное понимание квантовой электродинамики, либо указание на какую-то новую физику, лежащую за пределами квантовой электродинамики в целом.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.