图片:布鲁克黑文实验室。金原子粒子在布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机的 STAR 探测器中碰撞的最终视图。光束在碰撞前以接近光速向相反方向传播。
一种神秘的量子现象以前所未有的方式揭示了原子的图像。您甚至可以看到质子和中子之间的差异。
相对论重离子加速器(RHIC)来自美国布鲁克海文实验室,是一种先进的装置,能够将金离子加速到光速的 99.995%。多亏了他,最近才有可能验证爱因斯坦著名的方程 E=mc2。
现在,该实验室的研究人员 已经展示了 如何使用实验中从未见过的量子干涉来获得有关金中质子和中子排列的精确细节。该技术让人想起医生用来观察大脑和其他解剖部位的正电子发射断层扫描(PET)扫描。
超越之前所见
没有任何显微探针或 X 射线机器能够窥视原子的内部,因此物理学家只能根据粒子对撞机(例如 CERN 的大型强子对撞机)中发生的高速碰撞的残留物来推测原子内部发生的情况。
然而,由于金原子高速相互摩擦时产生的粒子的量子纠缠,这种新工具开启了对质子和中子(构成原子核)进行更精确推断的可能性.
照片:美国布鲁克黑文实验室
研究人员展示了如何利用实验中从未见过的量子干涉来获得金中质子和中子排列的精确细节。
在这个尺度上,无法直接观察到任何东西,因为用于进行观察的光会干扰相同的观察。然而,如果有足够的能量,光波实际上可以激起构成质子和中子的粒子对,例如夸克和反夸克。
当两个原子核在几个核半径内相交时,来自一个原子核的光子可以通过虚拟夸克-反夸克对与来自另一个原子核的胶子相互作用(胶子是强相互作用的介体,即结合原子核的力)。质子和中子内部的夸克)。
这相当于首次对涉及不同粒子的纠缠进行实验观察,使图像如此精确,甚至可以开始理解原子核内中子和质子位置之间的差异。