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科學(xué)家們近日在精密實(shí)驗(yàn)中對(duì)電子的觀察達(dá)到了前所未有的細(xì)致程度，這得益于他們采用激光聚焦技術(shù)進(jìn)行的創(chuàng)新研究。
日前，美國(guó)能源部托馬斯·杰斐遜國(guó)家加速器設(shè)施的核物理學(xué)家取得了一項(xiàng)重大突破：他們成功打破了近30年來(lái)電子束內(nèi)平行自旋測(cè)量（簡(jiǎn)稱電子束偏振測(cè)量）的世界紀(jì)錄。
這一重大成就為杰斐遜實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的一系列備受關(guān)注的實(shí)驗(yàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這些實(shí)驗(yàn)有望為物理學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)新的重大發(fā)現(xiàn)。
在最新一期《物理評(píng)論C》雜志上，杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的研究人員與科學(xué)用戶合作，共同報(bào)告了他們的測(cè)量結(jié)果。這些結(jié)果比1994-1995年在加州門洛帕克SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的SLAC大型探測(cè)器（SLD）實(shí)驗(yàn)所獲得的基準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果更為精確。
杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)核物理學(xué)家、論文的合著者Dave Gaskell表示：“在世界任何地方的任何實(shí)驗(yàn)室，都沒(méi)有人能夠如此精確地測(cè)量到電子束的極化。這不僅是康普頓極化法的基準(zhǔn)，也是任何電子極化測(cè)量技術(shù)的基準(zhǔn)。”
康普頓偏振法是一種通過(guò)探測(cè)光子（被帶電粒子如電子散射的光粒子）來(lái)測(cè)量電子束極化的方法。這種散射現(xiàn)象（即康普頓效應(yīng)），可以通過(guò)激光和電子束之間的碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)。
電子和光子都具有一種稱為自旋的特性，物理學(xué)家使用角動(dòng)量來(lái)描述它。自旋是電子等粒子的固有屬性，類似于質(zhì)量或電荷。當(dāng)粒子在給定時(shí)間內(nèi)以相同方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)量被稱為極化。對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，了解這種極化在探索物質(zhì)最微小尺度上的核心屬性至關(guān)重要。
杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的另一位物理學(xué)家、論文的合著者M(jìn)ark Macrae Dalton形象地比喻道：“把電子束想象成你用來(lái)測(cè)量東西的工具，就像一把尺子。這把尺子的單位是英寸還是毫米？你必須理解這把尺子才能理解任何測(cè)量。否則，你就無(wú)法測(cè)量任何東西。”
科學(xué)家們?cè)阝}半徑實(shí)驗(yàn)(CREX)期間，同步開(kāi)展了鉛半徑實(shí)驗(yàn)(PREX-II)，從而達(dá)成了超高精度的效果，以探測(cè)中重原子和重原子的原子核，以了解其“中子皮”的結(jié)構(gòu)。
最終，他們?cè)阝}半徑實(shí)驗(yàn)(CREX)過(guò)程中，通過(guò)康普頓偏振法連續(xù)測(cè)量電子束的偏振，精度為0.36%。這超過(guò)了SLAC SLD實(shí)驗(yàn)中報(bào)告的0.5%。
通過(guò)打破精度世界紀(jì)錄并深入探索自旋電子，科學(xué)家們?yōu)槲锢韺W(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的突破和可能性。這一創(chuàng)新性的研究不僅展示了激光聚焦技術(shù)的強(qiáng)大潛力，還為未來(lái)的實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)
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