物理学家测量单电子之间的磁相互作用

时间：2021-09-29 08:25:11 来源：

显示两个电子的磁场线的图示，布置成使它们的旋转在相反的方向上。

通过使用将两个电子结合在一起的技术，使其它们的旋转点在相反的方向上，Weizmann科学研究所的物理学家能够测量单电子之间的磁相互作用。

想象一下，试图测量一个疯狂地反弹的网球，每次都达到一百万次的尺寸。弹跳显然会产生干扰测量的“背景噪声”巨大。但如果将球直接连接到测量装置，所以它们一起反弹，可以消除噪音问题。

如最近在自然中报道的，Weizmann科学研究所的物理学家使用了类似的技巧来测量最小可能的磁铁之间的相互作用 - 两个单个电子在中和磁噪声之后比他们所需的信号更强，所以磁噪声比它们所需的信号更强。

研究所的复杂系统部门的物理博士罗伊奥泽西说：“电子具有旋转，一种涉及两个相对的磁极的方向形式。事实上，这是一个小酒吧磁铁。“问题是，对电子是否像常规条磁体一样，相对的杆子彼此吸引。

Shlomi Kotler博士在Ozeri博士指导下进行了研究生，并与DRS进行了指导。Nitzan Akerman，Nir Navon和Yinnon Glickman。检测两个电子的磁相互作用构成了巨大的挑战：当电子处于近距离时 - 正如它们通常在原子轨道上的那样，除了磁性之外的原子轨道。另一方面，如果电子被拉开，则磁力变得显着，但绝对术语弱，即通过电力线，实验室设备和地球磁场发出的环境磁噪声容易淹没。

科学家们通过从量子计算借用技巧来克服这个问题，从而保护量子信息免受外部干扰。该技术将两个电子捆绑在一起，使其它们的旋转指向相反的方向。因此，与附着在测量装置上的弹跳网球一样，相等但相反的旋转的组合使得电子对不透过磁噪声。

Weizmann科学家建造了一种电动阱，其中两个电子与两个锶离子绑定，该锶离子被冷却靠近绝对零，并分开2微米（百万米）。在这个距离，这是量子世界标准的天文学，磁相互作用非常弱。但由于电子对不受外部磁噪声的影响，因此它们之间的相互作用可以以极高的精度测量。测量持续了15秒 - 比现在能够保持量子数据的科学家们在毫秒长达15秒 - 数万次。

测量结果表明，电磁磁性地互动，就像两个大磁体一样：他们的北极彼此排斥，在轴上旋转，直到它们与杆子不同于靠近的杆。这符合标准模型的预测，目前接受的物质理论。同样如预测，磁交互随着它们之间的距离的函数而削弱到三个。

除了揭示粒子物理学的基本原理之外，测量方法可能在原子钟开发的区域中有用，或者在嘈杂的环境中的量子系统的研究中有用。

出版物：Shlomi Kotler等人，“两个单独离子的两个相结合电子之间的磁相互作用的测量”，“自然510,376-380,2014; DOI：10.1038 / Nature13403

图像：Weizmann科学研究所

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