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科学家创造探测奇异物质的新方法 有助于原子和粒子物理学的研究

2021-08-10 09:32     来源:cnBeta     粒子加速器核物理
物理学家们创造了一种新的方法来观察有关材料结构和组成的细节,它改进了以前的方法。传统的光谱学随着时间的推移改变照在样品上的光的频率,以揭示它们的细节。而这种新技术,即拉比振荡光谱学,不需要探索一个广泛的频率范围,因此可以更快速地操作。这种方法可以用来审视最好的物质理论,以形成对物质宇宙的更好理解。

尽管不能用肉眼看到它们,但研究人员熟悉构成我们周围一切的原子。正质子、中性中子和负电子的集合产生了我们所接触的所有物质。然而,有一些更奇特的物质形式,包括奇异原子,它们不是由这三种基本成分构成的。例如, Muonium与氢一样,通常有一个电子围绕一个质子运行,但有一个μ子来代替质子。

μ子(Muon)在前沿物理学中非常重要,因为它们允许物理学家以极高的精度测试我们关于物质的最佳理论,如量子电动力学或标准模型。这本身就很重要,因为只有当一个强大的理论被推到极致时,才可能开始形成众所周知的裂缝,这可能表明哪里需要新的、更完整的理论,甚至它们可能是什么。这就是物理学界对Muonium的研究非常感兴趣的原因,但直到现在它还没有被详细观察到。

东京大学研究生院的Hiroyuki A. Torii副教授说:“Muonium是一个非常短命的原子,所以必须用尽可能多的功率进行快速观测,以便从有限的观测时间中获得最佳信号。传统的光谱方法需要在一系列的频率范围内反复观察,以找到我们正在寻找的特定的关键频率,即所谓的共振频率,而这需要时间。”

因此,Hiroyuki和他的团队设计了一种新的光谱方法,利用一种被称为拉比振荡的公认的物理效应。拉比振荡光谱学不需要寻找频率信号来传达关于原子的信息。相反,它在较短的时间内查看原始传感器或时域数据,并在此基础上提供信息。这种新方法在精度上有很大的改进。

“对奇异原子的研究需要低能量原子物理学和高能量粒子物理学的知识。”Hiroyuki说:“物理学中的这种学科组合表明,我们正走在一条对我们的物质宇宙进行更全面理解的道路上。我渴望看到物理学家使用拉比振荡光谱学来更深入地探究含有不寻常粒子和同位素的奇异原子的世界,以及在世界各地的粒子加速器中创造的其他种类的物质。”


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