Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

測試的最好,但自然的理論

Published on June 24, 2010 at 9:26 PM

解釋了亞原子世界的最好的理論得到了在1928年開始,當理論家保羅狄拉克與狹義相對論結合量子力學來解釋了電子的行為。結果是相對論量子力學,這成為了量子場論的主要成分。隨著一些假設和特設調整,量子場論已經證明了足夠強大的粒子和力的標準模型的基礎上形成的。

兩個對立的激光束,除兩極分化,企圖禁止雙光子躍遷激發的鋇原子束相同。 (圖片達蒙英語)

“即便如此,它應該被記住的標準模型不是一個一切現象的最終理論,並因此本質上不完整的,”說,梅德Budker,一個的的核科學部的工作人員科學家能源部的勞倫斯伯克利國家實驗室的美國部和在加州大學伯克利分校物理學教授。

Budker長期以來一直在測試自己的極限的物理理論被廣泛接受的基礎感興趣。在6月25日的“物理評論快報”的問題,他和他的同事報告了最嚴格的試驗,然而,有關粒子如何在原子尺度上的行為的基本假設。

為什麼我們需要的自旋統計定理

“我們測試過的量子場論,自旋統計定理的主要理論支柱之一,說:”達蒙英語,Budker以前的學生和博士後研究員在加州大學的物理系,誰領導的實驗。 “從本質上講,我們要求,是光子真正完美的玻色子嗎?”

必須分為兩種類型,費米子或玻色子分類,所有的基本粒子的自旋統計定理決定。 (名字來源於統計,費米 - 狄拉克統計和玻色 - 愛因斯坦統計,解釋各自的行為。)

沒有兩個電子可以在相同的量子態。例如,在一個原子中沒有兩個電子可以有相同的量子數套。任何玻色子數可以佔據相同的量子態,但除等現象,這是什麼使得激光束可能。

電子,中子,質子,和許多其他顆粒物質費米子。玻色子是一個喜憂參半的一群,包括電磁力,弱作用力的W和Z玻色子,氘原子核,PI介子,和他人的木筏等物質粒子的光子。由於這個粒子動物園的混亂,它需要知道什麼是費米子和玻色子自旋統計定理。

的方式來告訴他們除了是其自旋 - 不是一個旋轉的頂部,但內在的角動量,一個量子的概念古典自旋。量子自旋為整數(0,1,2,...)或半整數的一半(1 / 2,3 / 2 ... ...)的奇數。玻色子有整數自旋。費米子具有半整數自旋。

“有一個自旋統計定理的數學證明,但它是如此深奧,你必須要專業的量子場理論家理解,說:”Budker。 “每一個試圖找到一個簡單的解釋失敗,即使是科學家,傑出的理查德費曼。證明本身是基於假設,有些是明確的,一些微妙的。這就是為什麼實驗測試是必不可少的。“

說英語,“如果我們被擊倒的自旋統計定理,量子場論的整個大廈,它會碰得頭破血流。的後果將是深遠的時空,甚至因果關係本身的結構有關,影響我們的假設。“

在禁止轉換搜索

英語和Budker,Valeriy Yashchuk,在伯克利實驗室的先進光源的科學家合作,通過使用激光束來激發的鋇原子的電子測試的定理。實驗者,鋇原子都特別方便雙光子的轉換,其中兩個光子吸收的同時,共同有助於提升一個原子的電子到一個更高的能量狀態。

“雙光子的轉換並不少見,”說英語“,但是是什麼讓他們從不同的單光子躍遷到最後的興奮狀態 - 兩個順序不同的路徑可以有兩個可能的路徑中的光子在過渡期間被吸收。這些路徑可以干擾,破壞性的或建設性的。 ,決定是否干擾是建設性或破壞性的因素之一就是是否光子是玻色子或費米子。“

在特定的鋇雙光子躍遷的研究人員使用,自旋統計定理禁止過渡時,兩個光子擁有相同的波長。這些禁止雙光子躍遷是允許所有已知的守恆定律,除了自旋統計定理。英語,Yashchuk和Budker正在尋找此規則的例外,或如英文所說的那樣,“玻色子像費米子。”

實驗開始的鋇原子流;兩束激光是從對立的雙方在旨在防止不良影響,與原子的反沖相關。該激光器調諧到相同的頻率,但有相反的兩極分化,這是必要的,以保存角動量的。如果禁止過渡是由兩個相同波長的光子從兩個激光器造成的,他們將發現當原子發出特定顏色的熒光。

仔細和反复調整研究人員通過在禁止​​雙光子躍遷區域,如有發生,會顯露出來。他們沒有發現。這些嚴格的限制可能違反任何兩個光子自旋統計定理:兩個光子的機會,在費米國家都沒有超過一千億之一 - 迄今為止最敏感的測試,但在低能量的概率,這可能是更多類似的證據比從高能量的粒子對撞機的敏感。

Budker強調,這是“一個真正的表上的實驗,能夠讓粒子物理學的重大發現,無需花費數十億美元。”它的原型最初是由Budker和大衛德米爾設計,現在在耶魯大學,曾在1999年能夠嚴重限制光子在一個“錯誤”(費米)的狀態的概率。最新的實驗,在加州大學伯克利分校進行的,使用更精細的方法和改進對以上三個數量級的早期結果。

“我們繼續尋找,因為動機的量子統計的基本重要性日益增加的敏感性實驗測試,說:”Budker。 “自旋統計連接是一個最基本的假設,我們對大自然的根本規律的認識。”

“光譜測試光子的玻色 - 愛因斯坦統計,”達蒙英語,Valeriy Yashchuk,梅德Budker,出現在6月25日的“物理評論快報”的問題,可在網上。這項研究是由國家科學基金會的支持。

Last Update: 9. October 2011 02:54

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit