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模拟重力场下量子异常首次现形

2017-07-24 15:08来源:科技日报 

  科技日报柏林7月22日电(记者 顾钢)由德国德累斯顿技术大学科学家领导的国际研究小组,在一种晶体新材料中成功测得重力—量子异常。这是科学家们首次观测到模拟重力场下真实晶体内存在的量子异常现象。研究发表在新一期的《自然》杂志上。

  物理学中能量、脉冲或电荷的形式尽管会发生变化,但永远不会消失。然而,在特定条件下,当人们将经典物理学应用于非经典物理学(如量子力学)时,这一情况就不是必然,人们称之为量子异常。之前还没有实验可以证明重力—量子异常,这是科学家首次在晶体材料上完成量子异常实验,绕过了一个极其困难的实验——需要足够强的重力场来观测重力—量子异常。

  研究人员通过对晶体材料的研究发现,在特定情况下,晶体的重力场可通过温差模拟,如此一来,不需要在实验室中创造一个时空曲率,就可以在引力场中进行测量。他们使用的晶体材料为外尔半金属,这种材料拥有一定数量的名为“外尔费米子”的电子。这种电子有两种不同的旋转方向,既有左旋电子,又有右旋电子,而且每种旋转方向其电子的能量和脉冲保持定值,这样,除非出现量子异常,不管是左旋还是右旋的电子库能量和脉冲都保持定值,这一特性在重力—量子异常验证中具有特殊意义。

  研究人员利用导电体电流引起的温差对新材料进行实验,当在晶体材料上施加额外的温差时,他们观察到电流随磁场的增加而增加。这个结果源于原先与旋转方向无关的固定能量和脉冲值发生变化,如左旋电子比右旋电子获得更多能量和脉冲,这就为研究人员验证重力—量子差异找到了证据。

  该项目主要研究人员尼曼博士称,借助这项实验,研究人员可以回答固体物理学领域的许多难题,并对材料研究领域起到重要作用。这项研究结果还有助于天体物理学家更好地了解早期宇宙演变进程以及粒子物理学家验证粒子衰变等。

 编辑:[穆好强]
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