最重原子精確測量首次完成，有望揭示物質(zhì)內(nèi)部秘密
科技日報記者 劉霞
據(jù)德國耶拿·弗里德里希·席勒大學(xué)官網(wǎng)25日報道，包括該校科學(xué)家在內(nèi)的一個國際研究團隊首次對已知最重的高度離子化原子類氦鈾進行了超精確X射線光譜測量。他們成功在最重原子核的超強庫侖場中，解開并分別測試了單電子雙環(huán)和雙電子的量子電動力學(xué)效應(yīng)。這項研究有助揭示一個長久以來的秘密：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。
實驗裝置圖
圖片來源：《自然》雜志
來自波蘭、法國、葡萄牙和德國的科學(xué)家參與了此次實驗。研究人員指出，此次實驗的特殊部分是對最重穩(wěn)定原子開展測量，重點是其電子在不同軌道之間的躍遷。
實驗在德國亥姆霍茲重離子研究中心（GSI）/國際反質(zhì)子與離子研究裝置上進行。這是幾個歐洲國家共同使用的粒子加速器復(fù)合體，包括一個周長超過100米的離子儲存環(huán)和一個超過一公里的加速器。
在整個測量過程中，研究團隊首先蒸發(fā)鈾，并將其運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，并讓其在這個過程中失去電子。獲得加速的電子被引導(dǎo)到一個存儲環(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，放在一個特殊的玻璃模具內(nèi)。
研究團隊表示，當測量原子序數(shù)為1的氫原子時，他們可將電子躍遷精確測量到小數(shù)點后13位。對于原子序數(shù)為92的鈾，測量已精確到小數(shù)點后5位。
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