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用激光测量电子的自旋:一项精确到千分之三的壮举

科学探索万象经验2024-03-06

电子是一种带有负电荷的微小粒子,它们构成了原子的外层。电子不仅有电荷,还有自旋,这是一种类似于旋转的内在性质。电子的自旋可以沿着任何方向,但是当我们用磁场或者光来测量它时,我们只能得到两个可能的结果:自旋向上或者向下。

电子的自旋对于物理学的许多领域都非常重要,比如原子物理、凝聚态物理、核物理、粒子物理等等。如果我们能够精确地测量电子的自旋,我们就能够探索这些领域的许多未解之谜,比如电子的磁矩、弱相互作用、中微子物理等等。但是,测量电子的自旋并不是一件容易的事情,因为电子是非常微小的,而且非常快速的,我们需要用一些巧妙的方法来捕捉它们的自旋信息。

最近发表在《物理评论快报》的一篇论文,报告了一项用激光测量电子的自旋的高精度实验,这项实验是在美国的杰斐逊实验室进行的,它是在2020年的钙半径实验(CREX)的过程中完成的。这项实验的目的是测量2 GeV的电子束的极化度,也就是电子自旋向上或者向下的比例。他们使用了一种叫做康普顿散射的过程,这是一种电子和光子相互碰撞的过程,其中电子和光子的自旋都会发生变化。通过检测散射后的光子,我们就能够推断出电子的自旋。