迄今最精确测量证实电子“非常圆”

迄今最精确测量证实电子“非常圆”在宇宙诞生的最初时刻，无数的质子、中子和电子与它们的反物质对应物一起形成。随着宇宙的膨胀和冷却，几乎所有这些物质和反物质粒子都会相遇并相互湮灭，只留下光子。如果宇宙是完全对称的，物质和反物质的数量相等，那么故事就结束了，而人类永远不会存在。但一定有一种不平衡，即一些剩余的质子、中子和电子，形成了原子、分子、恒星、行星、星系，最终出现了人类。那么宇宙为什么会有这种不对称性？为了帮助解释这种现象，寻找不对称的迹象，科学家一直在研究电子等基本粒子。寻找不对称性证据的一个目标是电子的电偶极矩（eEDM)。电子是由负电荷组成的，eEDM表明了电荷在电子北极和南极之间分布的均匀程度。测量到任何高于零的eEDM都将证实存在不对称性——电子更多地呈蛋形而不是圆形。但没有人知道这种偏差到底有多小。此次，研究团队创下了精确测量eEDM的纪录，比之前的测量结果精确度提高了2.4倍。这有多精确？研究人员解释说，如果电子的大小与地球一样大，他们的测量会发现比原子半径还要小的不对称性。为了测量粒子的形状，研究人员观察了电子是否在电场中旋转。如果电子不是圆形的，而是略呈蛋形的，电场就会对它们施加扭矩，就像重力把竖起的鸡蛋弄倒一样。为了观察这种扭矩，他们观察了带电的氟化镓分子能级的变化。电子的任何扭矩都会给分子带来不同的能级，这取决于“蛋形电子”相对于电场的方向。然而，研究人员发现，分子的能级没有差异，这证实了电子确实非常圆。理论物理学家认为，某些亚原子粒子的存在可能会使平衡向物质倾斜。如果这些粒子存在，它们也会在电子周围短暂地出现和消失，从而使电子变成椭圆形。虽然目前的测量尚未发现存在不对称性电子的证据，但该结果有助于科学家继续寻找早期宇宙不对称性的答案。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370007.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370007.htm

科学家发现迄今为止中国最高树木

科学家发现迄今为止中国最高树木中国科学院宣布，中国科学家在西藏察隅县发现了成片高大的云南黄果冷杉原始森林，其中最高的一株高度达83.2米，刷新了中国最高树纪录。据新华社报道，这一发现由中国科学院植物研究所郭柯团队完成，是第二次青藏高原科考“森林和灌丛生态系统与资源管理”专题的发现。经无人机吊绳多次测量，此次发现的云南黄果冷杉林林冠高度达70米，最高的一株高度83.2米、胸径207厘米。据介绍，新发现的云南黄果冷杉林在察隅县上察隅镇察隅河两岸山地和河谷地带呈带状分布，海拔2300米左右。群落中含有大量国家一级重点保护野生植物红豆杉古树，以及附生的兰科和蕨类等植物。“该区域之所以能够保留如此高大完好的原始森林，得益于优越的气候和地形条件，以及极少的人类活动干扰。此处的大量高大树木及所在群落和生态系统具有重要的科研价值和保护意义。”中国科学院植物研究所研究员郭柯说。发布：2022年5月18日9:01PM

地平线上的乌云 - 迄今为止对黑碳污染物最精确的测量结果

地平线上的乌云-迄今为止对黑碳污染物最精确的测量结果因此，了解黑碳如何与太阳光互动是至关重要的。在一个重要的发展中，研究人员最近实现了对黑碳折射率的最精确测量，这可能影响气候模型。导致气候变化的因素很多，其中一些因素如化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放、水泥生产产生的二氧化硫以及畜牧业产生的甲烷排放更为人所知。然而，黑碳气溶胶，也是燃烧的副产品，虽然不常被讨论，但具有重要意义。本质上黑碳是一种烟尘，擅长吸收阳光和储存热量，从而导致大气变暖。同时，鉴于深色在反射光线和热量方面的效果较差，当黑碳覆盖在包括雪在内的较轻的表面时，它减少了这些表面将热量反射到空间的潜力。东京大学地球和行星科学系的NobuhiroMoteki助理教授说："了解黑碳和阳光之间的互动在气候研究中具有根本的重要性。在这方面，黑碳最关键的属性是它的折射率，基本上是它如何重定向和分散进入的光线。然而，现有的对黑碳折射率的测量是不准确的。我和我的团队进行了详细的实验来改善这个问题。通过我们改进的测量，我们现在估计，目前的气候模型可能低估了黑碳对太阳辐射的吸收，低估幅度达16%。"由安装在研究船ShinseiMaru上的气溶胶-冲击器采样器收集的环境气溶胶的透射电子显微镜图像。红色箭头表示单个黑碳聚集体，其中大部分与硫酸盐（绿色箭头）和/或有机物质（浅蓝色箭头）混合。以前对黑碳光学特性的测量往往受到一些因素的干扰，如缺乏纯样品，或难以测量光与不同复杂形状的颗粒之间的相互作用。Moteki和他的团队通过在水中捕捉黑碳颗粒，然后用硫酸盐或其他水溶性化学品将其隔离，改善了这种情况。通过隔离这些颗粒，研究小组能够更好地对它们进行照射，并分析它们的散射方式，这为研究人员提供了计算折射率值的数据。Moteki说："我们测量了从分离在水中的黑碳样品中散射的光的振幅，或强度，以及相位，或阶梯。这使我们能够计算出所谓的黑碳的复合折射率。复杂是因为它不是一个单一的数字，而是一个包含两部分的数值，其中一部分是'虚数'（与吸收有关），尽管它的影响非常、非常真实。这种带有虚数成分的复数实际上在光学科学领域和其他领域非常常见。"由于对黑碳的新光学测量意味着目前的气候模型低估了它对大气变暖的贡献，该团队希望其他气候研究人员和决策者能够利用他们的发现。该团队开发的确定颗粒的复杂折射率的方法可以应用于黑碳以外的材料。这样就可以对大气、海洋或冰芯中的未知颗粒进行光学识别，并对粉末状材料的光学特性进行评估，而不仅仅是与正在进行的气候变化问题有关的材料。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359433.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359433.htm

一项新研究揭示了电子不对称性和物质存在的奥秘

一项新研究揭示了电子不对称性和物质存在的奥秘如果宇宙是完全对称的，物质和反物质的数量相等，故事的结局是我们将永远不会存在。但是一定有一个不平衡--一些剩余的质子、中子和电子--形成了原子、分子、恒星、行星、星系，并最终形成了人。电子是由负电荷组成的，JILA的科学家们一直试图测量这种电荷在电子的南北两极之间的分布是否均匀。任何不均匀都表明电子不是完美的圆形，而这将是早期宇宙中导致物质存在的不对称的证据。JILA的康奈尔小组研究了分子中的电子在调整其周围的磁场时的表现，以寻找电子的任何位移"如果宇宙是完全对称的，那么除了光以外就什么都没有了。这是历史上一个极为重要的时刻。突然间，宇宙中出现了一些东西，而问题是，为什么？"NIST/JILA研究员EricCornell说。"为什么我们会有这种不对称性？"解释我们宇宙的数学理论和方程式要求对称性。粒子理论家已经改进了这些理论，以解决不对称性的存在。但如果没有证据，这些理论只是数学，康奈尔解释说，所以包括他在JILA的小组在内的实验物理学家一直在寻找基本粒子，如电子的不对称迹象。现在，JILA小组对电子进行了破纪录的测量，缩小了对这种不对称性来源的搜索范围。其研究结果已发表在《科学》上。JILA由美国国家标准与技术研究所（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校共同运营。寻找不对称性证据的一个地方是电子的电偶极矩（eEDM）。电子是由负电荷组成的，而eEDM表明该电荷在电子的南北两极之间分布的均匀程度。任何高于零的eEDM测量值都将证实存在不对称性；电子将更像蛋形而不是圆形。但是没有人知道这种偏差可能有多小。"我们需要修正我们的数学，使之更接近现实，"康奈尔在JILA的研究小组的一名研究生谭雅·鲁西说。"我们正在寻找这种不对称性可能存在的地方，这样我们就可以了解它来自哪里。电子是基本粒子，它们的对称性告诉我们关于宇宙的对称性。"康奈尔、鲁西和他们在NIST和JILA的团队最近创造了精确测量eEDM的记录，比以前的测量结果提高了2.4倍。这有多精确呢？鲁西解释说，如果一个电子有地球那么大，他们的研究发现，任何存在的不对称性都会小于原子的半径。她补充说，进行如此精确的测量是非常困难的，所以该小组需要聪明一点。研究人员研究了氟化铪的分子。如果他们在分子上施加一个强电场，非圆形的电子就会想与电场对齐，在分子内移动。如果它们是圆的，那么电子就不会移动。使用紫外激光，他们将电子从分子上剥离，形成一组带正电的离子，并将它们困住。交替使用诱捕器周围的电磁场，分子被迫与电磁场对齐或不对齐。然后，研究人员使用激光来测量两组的能量水平。如果它们之间的能级不同，这将表明电子是不对称的。他们的实验允许他们比过去的尝试有更长的测量时间，这给了他们更大的敏感性。然而，该小组的测量结果显示，电子没有移动能级，表明就我们目前所能测量到的情况而言，电子是圆形的。康奈尔指出，不能保证任何人都能找到eEDM的非零测量值，但是这种来自桌面实验的精确程度是一项成就。它表明，昂贵的粒子加速器并不是探索关于宇宙的这些基本问题的唯一手段，有很多途径可以尝试。虽然该小组没有发现不对称性，但其结果将有助于该领域继续寻找早期宇宙不对称性的答案。"我们发现到我们的测量为止，电子是对称的。如果我们会发现非零，这将是一个大问题，"鲁西补充说。"最好的赌注是让世界各地的科学家团队来研究不同的选项。只要我们都不断地测量真相，最终，有人会发现它。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369605.htm

科学家实现Zeptosecond维度：以10的负21次方秒为单位测量时间

科学家实现Zeptosecond维度：以10的负21次方秒为单位测量时间科学家们现在已经开发出一种新型干涉测量技术，能够以zeptosecond（宙秒，10-21次方秒）的分辨率测量时间延迟。这项工作是在澳大利亚布里斯班格里菲斯大学的澳大利亚阿托秒科学设施和量子动力学中心进行的，由罗伯特-桑教授和伊戈尔-利特维尤克教授领导。他们利用这项技术测量了两种不同的氢分子同位素--H2和D2--与强红外激光脉冲相互作用所发出的极紫外光脉冲之间的时间延迟。这一延迟被发现小于3个阿托秒，并且是由较轻和较重的原子核的轻微不同运动造成的。这项研究已经发表在《超快科学》上，这是一份新的科学伙伴杂志。古伊相位干涉仪的实验装置示意图。实验装置的示意图如图1所示。在驱动红外激光束的焦点附近有两个可移动的分子射流，它们在空间中分开。两个射流的HHG发射之间的相位差包括来自Gouey相位的贡献（当两个射流中流动着相同的气体时，这是唯一的贡献）和由于不同物种的不同内在HHG相位而产生的额外相移。为了提取该固有相移，首先在两个喷射器中使用相同的气体测量HHG光谱，然后在两个喷射器之间切换不同的气体。这个过程可以完全消除Gouy相的贡献，以及在喷流位置的轻微不同强度的影响。第一作者MumtaHenaMustary博士解释说。"这种前所未有的时间分辨率是通过干涉测量实现的--将延迟的光波重叠起来，并测量它们的综合亮度"。这些光波本身是由暴露在强烈激光脉冲下的分子产生的，这个过程被称为高次谐波生成（HHG）。当一个电子被强激光场从一个分子中移出，被同一场加速，然后与离子重新结合，以极紫外（XUV）辐射的形式放弃能量时，就会发生高谐波生成。XUVHHG辐射的强度和相位都对参与这一过程的电子波函数的确切动态很敏感--所有不同的原子和分子都发出不同的HHG辐射。虽然测量HHG的光谱强度是相对直接的--一个简单的光栅光谱仪可以做到这一点--但测量HHG相位是一个更困难的任务。而相位包含了关于发射过程中各个步骤的时间的最相关信息。为了测量这个相位，通常要进行所谓的干涉测量，即让两个具有精细控制的延迟的波的复制品相互重叠（或干涉）。根据它们之间的延迟和相对相位差，它们可以进行建设性的或破坏性的干涉。这样的测量是由一个叫做干涉仪的设备进行的。为XUV光建立一个干涉仪是非常困难的，特别是要在两个XUV脉冲之间产生并保持一个稳定的、已知的和可微调的延迟。格里菲斯大学的研究人员通过利用被称为古伊相位的现象解决了这个问题--当光波的相位在通过一个焦点时，会以某种方式移动。在他们的实验中，研究人员使用了两种不同的氢分子同位素--自然界中最简单的分子。这些同位素--轻氢（H2）和重氢（D2）--只在原子核的质量上有所不同--H2中的质子和D2中的氘子。其他一切包括电子结构和能量都是相同的。由于质量较大，D2中的原子核比H2中的原子核运动得稍慢一些。由于分子中的核运动和电子运动是耦合的，在HHG过程中，核运动会影响电子波函数的动态，导致两种同位素之间的小相移ΔφH2-D2。这个相移相当于一个时间延迟Δt=ΔφH2-D2/ω，其中ω是XUV波的频率。格里菲斯的科学家们为在HHG光谱中观察到的所有谐波测量了这个发射时间延迟--它几乎是恒定的，略低于3阿托秒。为了理解他们的结果，格里菲斯大学的研究人员得到了中国上海交通大学理论家的支持，由何锋教授领导。上海交通大学的科学家们使用了最先进的理论方法来全面模拟分子氢的两种同位素的HHG过程，包括在各种近似水平上的核和电子运动的所有自由度。他们的模拟很好地重现了实验结果，理论和实验之间的这种一致性让研究小组相信，该模型抓住了基本物理过程的最基本特征，因此调整模型的参数和近似水平可以确定各种影响的相对重要性。虽然实际的动力学过程相当复杂，但发现电子重组步骤中的双中心干扰是最主要的影响。"因为氢气是自然界中最简单的分子，而且它可以在理论上建立高精度的模型，它被用于这些原则性验证实验中，以便对该方法进行基准测试和验证，"Litvinyuk教授说。"在未来，这项技术可以用来测量原子和分子中各种光诱导过程的超快动力学，具有前所未有的时间分辨率。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336187.htm

强力强度获得迄今最精确测量

强力强度获得迄今最精确测量粒子物理学标准模型指出，自然界中存在四种基本力：强力、电磁力、弱力和引力，其中将夸克结合成质子、中子和原子核的强力相同作用最强。强力由胶子携带，其强度被称为强耦合常数。尽管经过多年测量和理论发展，科学家们对强耦合常数的认识有所提高，但其值的不确定度仍比其他“同伴”大几个数量级。分析小组成员、CERN物理学家斯蒂法诺·卡马尔达指出，强力的强度是标准模型的关键参数，但其精度目前仅为百分之几，而比强力弱15倍的电磁力的精度达到十亿分之一。为提升强力强度测量的精确度，ATLAS合作组研究了LHC上碰撞能量为8太电子伏特（TeV）的质子-质子碰撞产生的Z玻色子。当相互碰撞的质子中的两个夸克湮灭时，通常会产生Z玻色子。在此过程中，强力通过从湮灭夸克上辐射出的胶子而发挥作用。这种辐射会赋予Z玻色子一个横向动量，其大小取决于强耦合常数。精确测量Z玻色子横向动量的分布，并与理论值进行比较，可以确定强耦合常数。在最新分析中，研究团队据此精确测定Z玻色子质量尺度下强耦合常数为0.1183±0.0009，该结果的相对不确定度仅为0.8%，是迄今单次实验对强力强度最精确的测量。研究团队指出，对强耦合常数进行更精确测量具有重要意义：首先，可提升与强力有关的粒子过程的理论计算精度；其次，有助解决一些重要的未解之谜。例如，在极高能量下，所有基本力是否强度相同，并由此推断它们是否拥有潜在的共同来源，以及是否会有未知的相互作用能在某些过程或特定能量下改变强力等。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386863.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386863.htm