Учёные разработали новый способ изучения экзотической материи
Вверху: корпус прибора, установленный в японском ускорителе частиц J-PARC. Слева внизу: электронные компоненты и высокоточный датчик. Справа внизу: кремниевый датчик под микроскопом.
Японские физики испытали новый детализированный способ наблюдения за структурой и составом материалов. Обычно для этого используется спектроскопия — интересующую учёных пробу освещают, а частоту света со временем изменяют. Новая технология, спектроскопия Раби-осцилляций, не требует использования большого диапазона частот, поэтому проводится гораздо быстрее. Новый метод подойдёт для проверки передовых теорий строения материи и поможет нам улучшить понимание того, как работает Вселенная.
Известно, что всё, нас окружающее, состоит из невидимых глазу атомов. Атомы сами состоят из положительно заряженных протонов, нейтронов и отрицательно заряженных электронов. Из них состоит вся обычная материя — однако, бывают и экзотические её формы. К примеру, мюоний напоминает водород, вокруг ядра которого, состоящего из одного протона, движется один электрон. Однако ядро первого состоит не из протона, а из мюона.
В современных физических исследованиях мюоны — одна из самых интересных тем. Они помогают физикам проверять теории о строении материи — такие, как квантовая электродинамика или Стандартная Модель — с чрезвычайно высокой точностью. Устоявшуюся теорию интересно проверять на граничных условиях, и именно здесь проявляют себя эксперименты с мюонием. Однако его очень сложно изучать во всех деталях.
Как пояснил адъюнкт-профессор аспирантуры Токийского университета Хироюки Тори, мюоний живёт очень мало, поэтому так важно уметь быстро проводить наблюдения с максимально возможной энергией, чтобы получить наилучший сигнал за ограниченное время. Обычная спектроскопия требует поиска нужной ключевой частоты через многократное повторение наблюдений, что отнимает драгоценное время.
Поэтому Тори с командой разработали новый метод спектроскопии на основе известного физического эффекта, осцилляций Раби. При такой спектроскопии не нужно искать подходящую частоту для передачи информации об атоме. Вместо этого прибор использует необработанные данные датчика, данные по временной области [time domain data], за более короткий промежуток времени. Этот новый метод позволяет значительно повысить точность наблюдений.
Как сказал Тори, для изучения экзотических атомов нужно знать как атомную физику низких энергий, так и физику частиц высоких энергий. Комбинируя две эти области, мы движемся к более полному пониманию нашей материальной Вселенной.
