時光倒流會發生什麼?物理學家已無限接近測量時間的對稱性

2021-01-15 騰訊網

鐳離子的螢光提供了對離子質量的測量。

每個領域都有自己的基本原則。對經濟學來說,它是理性的行動者;生物學有進化論;現代地質學建立在板塊構造論的基巖上。

物理學有守恆定律和對稱性。例如,能量守恆定律認為能量既不能被創造也不能被毀滅,這一定律自古以來就指導著物理學的研究。同樣,宇稱對稱表明,將一個事件轉換成它的鏡像不應該影響結果。

當物理學家努力理解量子力學的奇異規則時,這些對稱性似乎並不總是成立的。安德魯·賈耶奇教授專注於研究這些違反對稱性的量子力學,試圖闡明新的物理學。他和他的實驗室成員在《物理評論快報》上發表了一篇論文,闡述了通過離子對時間對稱性的研究成果。

時間對稱意味著當時間向前或向後時,物理定律看起來是一樣的。例如,如果時間倒轉,桌球返回的軌跡和原來的軌跡重合,」賈耶奇說。但這並不適用於所有的物理相互作用。

不對稱性可以為物理學中一些重大問題提供答案,比如為什麼宇宙充滿了物質而缺乏反物質。正如我們所知,物質和反物質應該具有相同的物理規律,然而在宇宙早期的事件中,物質比反物質更容易形成。近一個世紀以來,這些都是難以解決的問題。

為了解決這些問題,賈耶奇和他的團隊可控地合成、捕獲和冷卻了放射性分子RaOCH3+和RaOH+,這大大提高了對時間對稱破壞的靈敏度。他們發現了一種探測電磁阱中暗離子的技術。這些粒子不會散射光線,這意味著研究人員無法用相機探測到它們。

在調整一些實驗參數時,研究人員注意到被捕獲的離子(通常是靜止不動的)正在以一個很大但固定的振幅快速振蕩。他們發現這種行為為探測這些難以捉摸的離子提供了強大的信號。這使研究人員能夠測量離子的運動頻率,從而精確而快速地測量其質量。

賈耶奇在之前的研究中報告了他們在雷射冷卻鐳離子方面的成功,這是第一次在重元素上實現這一壯舉。該實驗室最近的突破使他們接近了使用放射性分子來測試時間對稱性破壞的最終目標。

研究人員在最近的研究中使用了鐳226,它有138個中子。他們計劃在對稱性破壞實驗中使用稍輕的同位素——鐳225,它具有必要的核自旋。實驗室的其他成員正在努力用雷射冷卻和捕獲鐳225離子。

這些結果將是一個明顯的突破,我們已經製造出了這些極其靈敏的探測器,其中一個單個分子就可以對違反時間對稱性設定新的限制。這為衡量時間對稱性開闢了新的範例。

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