सर्वश्रेष्ठ अभी तक प्रकृति के सिद्धांत का परीक्षण

उपपरमाण्विक दुनिया समझाने के लिए सबसे अच्छा सिद्धांत 1928 में शुरू हो गया जब विचारक पॉल Dirac विशेष सापेक्षता क्वांटम यांत्रिकी के साथ संयुक्त इलेक्ट्रॉन के व्यवहार की व्याख्या है. परिणाम relativistic क्वांटम यांत्रिकी, जो क्वांटम सिद्धांत का क्षेत्र में एक प्रमुख घटक बन गया था. कुछ मान्यताओं और तदर्थ समायोजन के साथ, क्वांटम सिद्धांत का क्षेत्र काफी शक्तिशाली कणों और बलों के स्टैंडर्ड मॉडल के आधार के रूप में साबित हो गया है.

दो विरोध लेजर बीम, ध्रुवीकरण, बेरियम परमाणुओं की एक बीम में मना दो photon संक्रमण उत्तेजित करने का प्रयास के अलावा समान. (छवि Damon अंग्रेजी)

"फिर भी, यह याद किया जाना है कि स्टैंडर्ड मॉडल सभी घटना के अंतिम सिद्धांत नहीं है और इसलिए स्वाभाविक अधूरा है चाहिए" दिमित्री Budker, परमाणु विज्ञान प्रभाग में कर्मचारियों को एक वैज्ञानिक का कहना है कि ऊर्जा लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला के अमेरिकी विभाग और बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में भौतिकी के एक प्रोफेसर.

Budker लंबे समय से अपनी सीमा के लिए व्यापक रूप से स्वीकार किए जाते हैं भौतिक सिद्धांत के आधार के परीक्षण में रुचि किया गया है. शारीरिक समीक्षा पत्र 25 जून के अंक में, वह और उनके सहयोगियों ने अभी तक सबसे कठोर परीक्षण रिपोर्ट कैसे कणों परमाणु पैमाने पर व्यवहार के बारे में एक मौलिक धारणा के.

क्यों हम प्रमेय स्पिन आँकड़े की जरूरत

"हम एक क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत, प्रमेय स्पिन आँकड़े के प्रमुख सैद्धांतिक स्तंभों में से परीक्षण किया गया" Damon अंग्रेजी Budker पूर्व छात्र और UC भौतिकी विभाग, जो प्रयोग का नेतृत्व में एक postdoctoral साथी कहते हैं. "मूल रूप से हम पूछ रहे थे, फोटोन रहे हैं वास्तव में सही बोसॉनों?"

प्रमेय स्पिन आँकड़े तय है कि सभी मौलिक कणों दो प्रकार fermions, या बोसॉनों में वर्गीकृत किया जाना चाहिए. (नाम आँकड़े, फर्मी-Dirac आँकड़े और बोस आइंस्टीन सांख्यिकी, कि उनके संबंधित व्यवहार की व्याख्या से आते हैं.)

कोई दो इलेक्ट्रॉनों एक ही क्वांटम राज्य में किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, कोई दो इलेक्ट्रॉनों एक परमाणु में क्वांटम संख्या के समान सेट कर सकते हैं. बोसॉनों की कोई भी संख्या एक ही क्वांटम राज्य पर कब्जा, लेकिन कर सकते हैं, अन्य घटनाओं के बीच, यह है कि क्या संभव बनाता है लेजर बीम है.

इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन, प्रोटॉन, और इस मामले के कई अन्य कणों fermions हैं. बोसॉनों एक निश्चित मिश्रित गुच्छा है कि विद्युत चुम्बकीय बल, कमजोर बल के डब्ल्यू और जेड बोसॉनों, और ड्यूटेरियम नाभिक, अनुकरणीय mesons, और दूसरों के एक बेड़ा जैसे बात कणों के photons शामिल हैं. इस कण चिड़ियाघर में विप्लव को देखते हुए, यह प्रमेय स्पिन आँकड़े लेता बताओ fermion क्या है और क्या एक बोसॉन है.

एक चक्करदार शीर्ष लेकिन आंतरिक कोणीय गति, एक क्वांटम अवधारणा के शास्त्रीय स्पिन नहीं - जिस तरह उन्हें अलग बताना उनके स्पिन के द्वारा. क्वांटम स्पिन या तो (0, 1, 2 ...) पूर्णांक या आधा पूर्णांक, आधा (1 / 2, 3 / 2 ...) के एक विषम संख्या है. बोसॉनों पूर्णांक स्पिन है. Fermions आधा पूर्णांक स्पिन है.

"प्रमेय स्पिन आँकड़े के एक गणितीय प्रमाण है, लेकिन यह इतना गूढ़ है कि आप इसे समझने के लिए एक पेशेवर क्वांटम क्षेत्र विचारक" Budker कहते हैं. "के लिए एक सरल व्याख्या खोजने की हर कोशिश, वैज्ञानिकों ने भी नाकाम रही है के रूप में रिचर्ड फेनमैन के रूप में प्रतिष्ठित है. सबूत ही मान्यताओं, कुछ स्पष्ट रूप से, कुछ सूक्ष्म पर आधारित है. यही क्यों प्रायोगिक परीक्षण आवश्यक हैं. "

कहते हैं अंग्रेजी, "अगर हम नीचे प्रमेय स्पिन आँकड़े दस्तक थे, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के पूरे भवन आ जाएगा इसके साथ नीचे दुर्घटनाग्रस्त. परिणाम दूरगामी, अन्तरिक्ष समय और भी करणीय ही की संरचना के बारे में हमारी मान्यताओं को प्रभावित होगा. "

मना संक्रमण की खोज में

अंग्रेजी और Budker, Valeriy Yashchuk, बर्कले लैब के उन्नत हल्के स्रोत पर कर्मचारियों को एक वैज्ञानिक के साथ काम कर रहे हैं, बाहर सेट के लिए लेजर बीम का उपयोग करने के लिए बेरियम परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों उत्तेजित द्वारा प्रमेय परीक्षण. प्रयोगकर्ताओं के लिए, बेरियम परमाणुओं विशेष रूप से सुविधाजनक दो photon संक्रमण, जिसमें दो फोटॉनों एक साथ अवशोषित और एक साथ एक उच्च ऊर्जा राज्य के लिए एक परमाणु इलेक्ट्रॉनों उठाने के लिए योगदान.

"दो photon संक्रमण दुर्लभ नहीं कर रहे हैं" अंग्रेजी कहते हैं, "लेकिन क्या उन्हें एकल फोटॉन संक्रमण से अलग बनाता है कि वहाँ दो संभावित रास्तों अंतिम उत्साहित राज्य के लिए किया जा सकता है - दो रास्ते है कि आदेश द्वारा अलग जिसमें फोटॉनों संक्रमण के दौरान अवशोषित कर रहे हैं. इन रास्तों हस्तक्षेप, विध्वंस या रचनात्मक कर सकते हैं. कारक है कि निर्धारित करता है कि हस्तक्षेप रचनात्मक या विनाशकारी है कि क्या फोटॉनों बोसॉनों या fermions हैं. "

विशेष बेरियम दो photon संक्रमण शोधकर्ताओं ने प्रयोग किया जाता है प्रमेय स्पिन आँकड़े संक्रमण जब दो फोटॉनों एक ही तरंग दैर्ध्य है मनाही है. प्रमेय स्पिन आँकड़े को छोड़कर ये मना दो photon संक्रमण हर ज्ञात संरक्षण कानून द्वारा अनुमति दी जाती है. अंग्रेजी, Yashchuk, और Budker क्या देख रहे थे इस नियम के अपवाद थे, या के रूप में अंग्रेजी में कहते हैं, "fermions तरह अभिनय बोसॉनों."

प्रयोग बेरियम परमाणुओं की एक धारा के साथ शुरू होता है, इसे विपरीत दिशा से दो लेज़रों के उद्देश्य से कर रहे हैं अवांछित प्रभाव को रोकने के परमाणु हटना के साथ जुड़े. लेज़रों उसी आवृत्ति के लिए देखते हैं, लेकिन विपरीत ध्रुवीकरण है, जो कोणीय गति को संरक्षित करने के लिए आवश्यक है. अगर मना संक्रमण दो लेज़रों से दो एक ही तरंगदैर्य फोटॉनों की वजह से थे, वे जब परमाणुओं फेंकना फ्लोरोसेंट रोशनी की एक विशेष रंग का पता चला होगा.

शोधकर्ताओं ध्यान से और बार बार क्षेत्र जहाँ मना दो photon संक्रमण के माध्यम से देखते है, अगर किसी के लिए होते थे, खुद को प्रकट होगा. वे कुछ नहीं पता चला. इन कड़े परिणाम सीमा संभावना है कि किसी भी दो फोटॉनों स्पिन आँकड़े प्रमेय का उल्लंघन कर सकते हैं: संभावना है कि दो फोटॉनों एक fermionic राज्य में कर रहे हैं अरब सौ ए में एक से बेहतर नहीं कर रहे हैं - सबसे संवेदनशील परीक्षा द्वारा अब तक कम ऊर्जा पर अभी तक है, जो अच्छी तरह से उच्च ऊर्जा कण colliders से इसी तरह के सबूत की तुलना में अधिक संवेदनशील हो सकता है.

Budker जोर देती है कि यह "एक सच्चे टेबल टॉप प्रयोग, डॉलर के अरबों खर्च के बिना कण भौतिकी में महत्वपूर्ण खोजों बनाने के लिए सक्षम है.", अब येल में इसका प्रोटोटाइप मूल Budker और डेविड DeMille द्वारा तैयार किया गया था, जो 1999 में गंभीर करने के लिए सक्षम थे एक "गलत" राज्य (fermionic) में किया जा रहा है फोटॉनों की संभावना सीमा. नवीनतम प्रयोग, UC बर्कले में आयोजित किया, एक और अधिक परिष्कृत विधि का उपयोग करता है और अधिक से अधिक तीन परिमाण के आदेश द्वारा पहले परिणाम पर सुधार है.

"हम देख रखने के लिए, क्योंकि बढ़ती संवेदनशीलता पर प्रायोगिक परीक्षण क्वांटम आँकड़े के मौलिक महत्व के द्वारा प्रेरित कर रहे हैं" Budker कहते हैं. "कनेक्शन स्पिन आँकड़े प्रकृति के मौलिक कानून की हमारी समझ में सबसे बुनियादी मान्यताओं की है."

"बोस आइंस्टीन आँकड़े फोटॉनों के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी परीक्षण," द्वारा Damon अंग्रेजी, Valeriy Yashchuk, और दिमित्री Budker, शारीरिक समीक्षा पत्र 25 जून के अंक में प्रकट होता है और ऑनलाइन उपलब्ध नहीं है. अनुसंधान राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था.