物理学家发现原子核基态的分子结构

物理学家发现原子核基态的分子结构中国科学院近代物理研究所（IMP）的科学家及其合作者最近在原子核基态中发现了一种分子型结构。该研究成果发表在《物理评论快报》上，并作为"物理学特写"文章进行了重点报道。原子核是一个由质子和中子组成的量子多体系统，小得令人难以置信（只有原子的万分之一），但它却容纳了原子总质量的99.9%以上。核子之间的相互作用产生了各种有趣的核结构，从球形核到变形核，甚至是表面密度稀疏的中子晕。在这些结构中出现的团簇结构是一个引人入胜的现象。反运动学中的簇敲除反应示意图。资料来源：李鹏杰团簇结构的意义原子核的基态很少出现簇状结构。关于基态团簇结构的讨论可以追溯到1938年，当时理论物理学家通过分析α共轭核的结合能，提出在铍-8、碳-12和氧-16等原子核的基态中可能存在类似α分子的团簇结构。然而，由于经典壳模型的单粒子描述很受欢迎，这一理论假设仍未得到验证。IMP的科学家及其合作者利用一种涉及逆运动学敲除反应的新颖实验方法，验证了富中子原子核铍-10的基态存在分子型结构。该实验在日本理化学研究所西奈中心的放射性同位素束工厂（RIBF）进行。在实验中，铍-10的次级束以一半光速轰击一个2毫米厚的固体氢靶。束缚在铍-10原子核内的α原子团被质子击出，几乎没有动量转移到残余原子核上，从而保留了铍-10基态原子团结构的信息。铍-10原子核的类分子结构。资料来源：IMP李鹏杰证实长期存在的假设实验结果表明，敲除反应的实验截面与微观模型下的理论预测之间存在显著的一致性。这一验证支持了关于铍-10基态分子态结构的长期假说，即铍-10形成了一个α-α哑铃形内核，两个价中子垂直于内核轴旋转。论文第一作者、来自IMP的李鹏杰博士说："类似的结构在原子尺度上也能发现，但在原子核的基态中却异常罕见。"这项研究首次为原子核基态分子态结构的理论描述提供了实验证据，并为进一步探索富中子核基态α簇结构的演化铺平了道路。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401029.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401029.htm

物理学家尝试利用单光子创造复杂的光结构

物理学家尝试利用单光子创造复杂的光结构"简单地说，量子点就是一个半导体材料的小岛，"Steindl这样解释他的论文主题。"因为它只有几纳米大小，所以能感受到量子效应，就像原子一样。研究人员把这个量子点放在一个光学微腔中，以便更有效地操纵它。我们可以把这个空腔想象成两面相对的镜子。激光在它们之间来回反弹。量子点并不喜欢与光相互作用，但光腔使它更有可能与光相互作用，因为激光会多次通过量子点。"彼得-斯坦德尔。资料来源：莱顿大学Steindl解释说，这种巧妙的装置可以用来制造单光子。"共振激光将量子点中的电子从基态激发到更高的能态。当电子回到基态时，量子点就会发出单光子。微腔很方便地将这个光子引向我们装置的其他部分。不过，我们面临的挑战是如何将这个光子与激光分离。它的波长与激光相同，但偏振略有不同。你可以利用这一特性将光子分离出来。在我攻读博士学位期间，我探索并改进了这项技术。"获得单光子只是研究的第一步。"当拥有高质量的单光子（光粒子）时，它就有点像砖块，"他这样描述自己的工作。"有了砖块，你就可以开始盖房子了。我的目标是将单个光子组合起来，构建复杂的光结构。例如，我们创造了一个由多个纠缠光子组成的链。纠缠的意思是，它们紧密相连，你无法再独立地描述一个光子和另一个光子。我们希望更好地理解这些新的光状态。"单光子物理学单光子物理学是一个相对较新的领域。20世纪70年代，物理学家首次成功分离出一个光子。然而，这些单光子源的效率和稳定性都还不高。技术的发展，如在光学微腔中使用量子点，使得控制单光子的产生变得更加容易。微腔的另一个好处是，光子以较高的速度射出，确保其更好地保持状态。这就产生了高质量的单光子，非常适合Steindl所研究的结构。Steindl的愿景是最终将这些新型光结构用于量子通信："我们知道，单光子在安全和身份验证方面非常有用。例如，你可以从分光镜的不同位置发送两个相同的单光子。如果这些光子以改变的状态或不同时到达，你就知道有窃听者。这项研究也可能被证明对建造量子计算机有用。一个基本组件是量子门，但它们很难制造。有了这种研究中的结构，就不需要这些了。我觉得建造这些光结构完全令人惊叹。能做到这一点的事实令人匪夷所思。我们可以在如此深的层次上理解物理学。虽然这很吸引人，但量子应用的潜力对我来说几乎只是副作用。从文学转向量子也许是迈出的一大步，但它足以让我兴奋数年，我还没有厌倦。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400909.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400909.htm

物理学家观测到“不可观测”的量子相变

物理学家观测到“不可观测”的量子相变1935年，两位当时最著名的物理学家爱因斯坦和薛定谔就现实本质产生了争论。爱因斯坦认为宇宙是局域性的，一个地方发生的事情不会立即影响遥远的另一个地方。薛定谔认为量子纠缠与局域性的假设相悖。当一对粒子发生纠缠时，测量其中一个粒子会立即影响到另一个粒子，无论它身在何处。这违背了爱因斯坦关于传播速度无法超越光速的铁令。爱因斯坦不喜欢不受范围限制的纠缠，他将其称之为幽灵，认为量子力学理论是不完整的。今天的物理学家基本上解决了该问题，纠缠不会在遥远的地方产生立即的影响，它无法在遥远距离上实现特定结果：它只是传播该结果的知识。过去几年一系列的理论和实验研究揭示了纠缠的新面孔：它不是成对出现，而是以粒子星图的形式出现。纠缠通过一组粒子自然传播，建立了一个复杂的临时网。如果你测量粒子的频率足够多，你能阻止网的形成。这种网状非网状的状态令人想起物质的液态固态。网状与非网状的转变代表着信息结构的变化，这是信息的相变。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

物理学家解开了准晶体形成之谜

物理学家解开了准晶体形成之谜一个由不同大小的环组成的子结构将自己无缝嵌入到一个六边形结构中。资料来源：马丁路德大学哈雷-维滕贝格分校他们的研究解决了从金属氧化物中形成二维准晶体的奥秘，最近发表在《自然通讯》杂志上。"六角形在自然界中经常被发现。最著名的例子是蜂窝，但石墨烯或各种金属氧化物，如氧化钛也形成这种结构。六边形是周期性排列的理想模式，"MLU物理研究所表面和界面物理组的研究员StefanFörster博士解释说。"它们如此完美地结合在一起，没有任何缝隙。"2013年，该小组在铂金基底上沉积了一个含有氧化钛和钡的超薄层，并在超高真空中加热到约1000摄氏度时，有了一个惊人的发现。原子排列成三角形、正方形和菱形，这些三角形、正方形和菱形组合成甚至更大的具有12条边的对称形状。一个具有12倍旋转对称性的结构被创造出来，而不是预期的6倍周期性。根据福斯特的说法，"准晶体被创造出来，具有非周期性的结构。这种结构是由高度有序的基本原子团组成的，即使这种有序性背后的系统性对观察者来说是难以辨别的。"来自哈雷的物理学家们是世界上第一个证明在金属氧化物中形成二维准晶体的人。自他们发现以来，这种准晶体的形成机制仍然令人费解。MLU的物理学家现在与来自哈雷马克斯-普朗克微结构物理研究所、格勒诺布尔-阿尔卑斯大学和美国国家标准与技术研究所（美国盖瑟斯堡）的研究人员合作，解决了这个谜题。利用精心设计的实验、高能计算和高分辨率显微镜，他们表明，高温和钡的存在创造了一个分别有四个、七个和十个原子的钛和氧环的网络。"钡既打破了原子环，又稳定了它们，"领导该联合项目的Förster解释说。"一个钡原子嵌入一个七原子环中，两个嵌入一个十原子环中"。这是可能的，因为钡原子与铂金支撑物发生静电作用，但不与钛原子或氧原子形成化学键。通过他们的最新发现，研究人员所做的不仅仅是澄清了一个基本的物理学问题。Förster说："现在我们对原子层面的形成机制有了更好的理解，我们可以尝试在其他与应用相关的材料（如金属氧化物或石墨烯）中按需制造这种二维准晶体。我们很高兴能够了解这种特殊的排列方式是否会产生全新的、有用的特性"。这些实验是作为"超周期晶体：结构、动力学和电子特性"项目的一部分进行的，该项目由德国研究基金会和法国国家研究机构资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345975.htm

物理学家揭开宇宙中的反物质之谜

物理学家揭开宇宙中的反物质之谜宇宙在其存在的早期，即大爆炸后不久，充满了同等数量的物质和“反物质”--作为物质的对应物但具有相反电荷的粒子。然后，随着空间的扩张，宇宙冷却了。今天的宇宙充满了基于物质的星系和恒星。物质是如何在宇宙中占主导地位的，反物质又去了哪里？科学家们仍然对物质的宇宙起源感到疑惑。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1327319.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1327319.htm

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力量子引力的突破然而，南安普顿大学的物理学家与欧洲的科学家合作，利用一种新技术成功地探测到了一种微小粒子所受到的微弱引力。他们声称，这可能为找到难以捉摸的量子引力理论铺平道路。这项发表在《科学进展》杂志上的实验利用悬浮磁铁探测微观粒子的引力--微小到接近量子领域。量子实验的艺术印象。资料来源：南安普顿大学第一作者、南安普顿大学的蒂姆-福克斯（TimFuchs）说，这些结果可以帮助专家们找到我们的现实图景中缺失的拼图。他补充说："一个世纪以来，科学家们一直试图弄清万有引力和量子力学是如何协同工作的，但都以失败告终。现在，我们成功地测量到了有记录以来质量最小的引力信号，这意味着我们离最终实现引力信号如何协同工作又近了一步。从这里开始，我们将利用这种技术缩小源的规模，直到我们到达两边的量子世界。通过理解量子引力，我们可以解开宇宙中的一些谜团--比如宇宙是如何开始的，黑洞内部发生了什么，或者将所有的力统一到一个大理论中。"科学界尚未完全理解量子领域的规则--但人们相信，微观尺度上的粒子和力的相互作用与常规尺寸的物体不同。南安普顿的学者与荷兰莱顿大学和意大利光子学与纳米技术研究所的科学家共同进行了这项实验，实验经费来自欧盟地平线欧洲EIC开拓者基金（QuCoM）。他们的研究使用了一套复杂的装置，包括被称为陷阱的超导装置、磁场、灵敏探测器和先进的隔振装置。它在绝对零度以上百分之一摄氏度（约零下273摄氏度）的冰点温度下悬浮一个0.43毫克大小的微小粒子，测量到了微弱的拉力，仅为30aN。拓展量子研究的视野南安普顿大学物理教授亨德里克-乌尔布里希特（HendrikUlbricht）说，这些结果为今后在更小的物体和力之间进行实验打开了大门。他补充说："我们正在推动科学的发展，这可能会带来关于引力和量子世界的新发现。我们的新技术利用极低的温度和设备来隔离粒子的振动，这很可能被证明是测量量子引力的未来方向。揭开这些谜团将有助于我们解开宇宙结构的更多秘密，从最微小的粒子到最宏伟的宇宙结构。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422947.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422947.htm