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物理学家第一次从旋转的氦原子漩涡中人工制造了龙卷风

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物理学家创造了世界上第一个原子涡旋束——一种原子和分子的漩涡,具有尚待理解的神秘特性。

通过将一束直的氦原子束发射通过微小狭缝的晶格,科学家们能够利用量子力学的奇异规则将光束转变为旋转的涡流。 光束的这种旋转称为轨道角动量,为其提供了新的运动方向,使其能够以研究人员尚未预测的方式行事。 例如,科学家认为,由于螺旋涡旋原子内的电子和原子核以不同的速度旋转,因此旋转原子可以为磁性增加一束额外维度的光束,以及其他不可预测的影响。

研究人员通过引导氦原子穿过由微小狭缝组成的网格来创建光束,每个狭缝的直径仅为 600 纳米。 在量子力学领域——支配极小量世界的一组规则——原子可以表现得像粒子和微小的波,所以一束波状的氦原子通过晶格衍射,弯曲得如此之大以至于形成一个像开瓶器一样穿过空间的漩涡。

物理学家首次从氦原子涡流中人工制造出龙卷风

然后涡流原子撞击探测器,探测器显示出几束以不同程度和不同角动量衍射的光束,呈微小的甜甜圈状环的形式。 科学家们还注意到更小、更亮的环楔入三个中央漩涡。 这些是氦准分子的迹象——当一个高能激发的氦原子粘附到另一个氦原子上时形成的分子。

赋予螺旋束内原子的轨道角动量也改变了决定扭曲原子如何与其他粒子相互作用的量子力学选择规则。 接下来,研究人员将把这些氦光束分解成光子、电子和除氦以外元素的原子,以了解它们的其他行为。

如果涡旋光束确实表现不同,它可能是新型显微镜的理想候选者,可以在亚原子水平上研究未探索的细节。

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