最重原子精確測(cè)量首次完成，有望揭示物質(zhì)內(nèi)部秘密
科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
據(jù)德國(guó)耶拿·弗里德里希·席勒大學(xué)官網(wǎng)25日?qǐng)?bào)道，包括該校科學(xué)家在內(nèi)的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)首次對(duì)已知最重的高度離子化原子類氦鈾進(jìn)行了超精確X射線光譜測(cè)量。他們成功在最重原子核的超強(qiáng)庫(kù)侖場(chǎng)中，解開并分別測(cè)試了單電子雙環(huán)和雙電子的量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。這項(xiàng)研究有助揭示一個(gè)長(zhǎng)久以來的秘密：在物質(zhì)最內(nèi)部，是什么將世界緊密維系在一起。相關(guān)論文發(fā)表于1月24日出版的最新一期《自然》雜志。
實(shí)驗(yàn)裝置圖
圖片來源：《自然》雜志
來自波蘭、法國(guó)、葡萄牙和德國(guó)的科學(xué)家參與了此次實(shí)驗(yàn)。研究人員指出，此次實(shí)驗(yàn)的特殊部分是對(duì)最重穩(wěn)定原子開展測(cè)量，重點(diǎn)是其電子在不同軌道之間的躍遷。
實(shí)驗(yàn)在德國(guó)亥姆霍茲重離子研究中心（GSI）/國(guó)際反質(zhì)子與離子研究裝置上進(jìn)行。這是幾個(gè)歐洲國(guó)家共同使用的粒子加速器復(fù)合體，包括一個(gè)周長(zhǎng)超過100米的離子儲(chǔ)存環(huán)和一個(gè)超過一公里的加速器。
在整個(gè)測(cè)量過程中，研究團(tuán)隊(duì)首先蒸發(fā)鈾，并將其運(yùn)行速度加速到光速的40%左右。隨后，他們將得到的材料通過一種特殊的薄膜輸送，并讓其在這個(gè)過程中失去電子。獲得加速的電子被引導(dǎo)到一個(gè)存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)，并在此處圍繞一條圓形路徑“狂奔”。
這些自由電子通過光譜儀每秒閃爍5000萬次，偶爾他們可使用專用的布拉格晶體光譜儀測(cè)量電子躍遷。這種特殊彎曲光譜儀的關(guān)鍵是由鍺元素制成的特殊彎曲晶體，晶體像紙張一樣纖薄，放在一個(gè)特殊的玻璃模具內(nèi)。
研究團(tuán)隊(duì)表示，當(dāng)測(cè)量原子序數(shù)為1的氫原子時(shí)，他們可將電子躍遷精確測(cè)量到小數(shù)點(diǎn)后13位。對(duì)于原子序數(shù)為92的鈾，測(cè)量已精確到小數(shù)點(diǎn)后5位。
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