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一个原子中所有电子携带的负电荷,与所有质子携带的正电荷正好相等;任何物体携带的电荷量,总是一个电子的电荷量的整数倍——这些公认的物理学命题,即将接受更严格的检验。美国斯坦福大学科学家提出了一种实验构想,可验证原子或中子是否可能携带微量电荷,以及是否存在非量子化的电荷。
研究人员在《物理评论快报》(Physical Review Letters,PRL)杂志上撰文描述了这种实验装置。理论上,一种单磁极粒子在不遵循时间对称性时,可以携带非量子化的电荷。研究者之一的阿斯密纳·阿尔瓦尼塔奇说:“这提醒我们重新考虑电荷量子化的观念。”研究人员设计出一种实验装置,可极大提高测量原子电荷值的灵敏度,“相当于测量地日距离时的误差不到一个原子核大小。”
这个装置是10米高的圆筒,内装两个有缝隙的小圆筒。在装置底部,铷原子以10米/秒的初速度向上射进位于装置底部的小圆筒。根据波粒二像性,原子同时也是波,因此一些激光脉冲会将上升的原子波“裁开”。这些激光脉冲像镜子一样,把原先的波函数一分为二,产生一个移动较快的波和一个移动较慢的波。
移动快的部分射得更高,其抛物线会延伸进上面的小圆筒;较慢部分的抛物线则不会离开下面的小圆筒。研究者给上面的圆筒加上正电压,给下面的加上负电压。如此一来,若铷原子携带有电荷值,即使很微小,它的两个组成部分也将分别对上下圆筒的电压做出反应,从而在两个部分之间产生一个相位移动。
如果测量到这一相位移动,就可以确定原子携带了电荷。实验者可一次测量100万个原子,以提高统计学指标——从而达到一个核子携带10-28e电荷,也测得出来。若一次测量1000万到1亿个原子,或者测量处在纠缠状态的原子群,灵敏度更可提高到10-30e电荷。 (来源:科技日报 高博)
(《物理评论快报》(Physical Review Letters),100, 120407 (2008) ,Asimina Arvanitaki, Mark Kasevich)
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