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量子物理：關於電子偶素精細結構的難題
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量子物理：關於電子偶素精細結構的難題
圖片來源：維基百科
電子偶素是由一個電子和一個正電子（電子的反粒子）組成的類氫原子。 由於電子偶素不包含質子或中子，核相互作用可以忽略不計，原子可以隻用量子電動力學（quantum electrodynamics ，QED），即經典電磁學的量子對應產物來精確描述。因此，電子偶素是一個測試量子電動力學絕佳的係統，並可能借此找到與標準模型不符的物理偏差。 為了實現這一目標，英國倫敦大學學院（UCL）的大衛·卡西迪及其同事以前所未有的精度描述了正電子素的“精細結構”，並揭示了其與量子電動力學預測的差異[1]。
圖片來源：維基百科
原子的精細結構描述了由於電子自旋和相對論效應而導致的能級斷層。 精確地測量正電子素很有挑戰性，因為該係統在產生後的數百納秒內就會湮滅。 經過25年的測量，卡西迪和他的同事首次報告了新的精細結構測量結果。報告中詳細介紹了他們為提高精準度和減少係統實驗誤差所采取的步驟。具體來說，他們使用激光來選擇性地製備處於電子態的電子偶素，從而延長其壽命。 通過冷卻處理原子，他們讓會使原子譜線變寬的多普勒效應最小化。 此外，他們還使用低功率微波測量了這些躍遷，而這些微波不會顯著改變原子能級。
圖片來源：維基百科
該研究小組表示，觀測到的特定電子偶素躍遷的頻率比量子電動力學所預測的頻率約大千分之一——這一差異大大超過了預估的誤差範圍。 隨著實驗過程的進一步的改善，對這種轉變和其他轉變的測量可能很快就能解釋這種偏差並進行評估它是否意味著全新的物理學。
作者：Matteo Rini
翻譯：葉歡儀
審校：賀旎妮
引進來源：美國物理學會
引進鏈接：https://physics.aps.org/articles/v13/s99
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原子的精細結構描述了由於電子自旋和相對論效應而導致的能級斷層。 精確地測量正電子素很有挑戰性，因為該係統在產生後的數百納秒內就會湮滅。 經過25年的測量，卡西迪和他的同事首次報告了新的精細結構測量結果。報告中詳細介紹了他們為提高精準度和減少係統實驗誤差所采取的步驟。具體來說，他們使用激光來選擇性地製備處於電子態的電子偶素，從而延長其壽命。 通過冷卻處理原子，他們讓會使原子譜線變寬的多普勒效應最小化。 此外，他們還使用低功率微波測量了這些躍遷，而這些微波不會顯著改變原子能級。
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該研究小組表示，觀測到的特定電子偶素躍遷的頻率比量子電動力學所預測的頻率約大千分之一——這一差異大大超過了預估的誤差範圍。 隨著實驗過程的進一步的改善，對這種轉變和其他轉變的測量可能很快就能解釋這種偏差並進行評估它是否意味著全新的物理學。
作者：Matteo Rini
翻譯：葉歡儀
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