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  • 原子模型的“核磁矩”再一次被精确:比之前的最佳值小4倍

    多亏了昆士兰大学科学家的研究,现在我们更加确定地知道了钫原子的核磁矩。密歇根大学数学与物理学院博士后研究员本·罗伯茨博士说:核磁矩是原子的基本属性,准确知道它的值在测试基本物理理论时很重要。但是因为钫元素具有放射性,所以测定核磁矩的标准技术不容易应用。使用新的方法,研究人员能够计算出比以前最佳值小四倍的不确定度矩。

    原子模型的“核磁矩”再一次被精确:比之前的最佳值小4倍

    以钫-211为例,它的核磁矩先前被确定在3.92到4.08的范围内(用来表示这些磁矩的自然单位),现在的计算显示,它在3.90到3.94之间。这可能看起来不是很大的差异,但UQ的ARC Future研究员、ARC卓越工程量子系统中心(EQUS)副研究员杰辛达·金格斯博士表示:当你谈论原子物理时,微小的差异可能会产生巨大影响,所以缩小可能值的范围是一件大事,其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。

    原子模型的“核磁矩”再一次被精确:比之前的最佳值小4倍

    我们目前对构成宇宙的基本粒子及其相互作用的理解,依赖于粒子物理的标准模型,但我们也知道这个模型是不完整,有些事情它无法解释。所以需要核磁矩的精确值才能测试原子模型的有效性,这反过来对测试粒子物理的标准模型非常重要。通过将原子中的精密实验与高精度原子理论相结合,研究获得了寻找新物理的有力途径。精确度的提高是因为非常精确地计算了钫原子的超精细结构(由其核磁矩导致原子能级的微小差异)以及更准确的核效应模型。

    原子模型的“核磁矩”再一次被精确:比之前的最佳值小4倍

    之前的测定假设,钫原子的原子核就像一个磁化均匀的球,但在新研究计算中,假设了一个更现实的模型,能让磁化强度在原子核内变化。非均匀磁化作用(称为玻尔-魏斯科普夫效应)对钫原子的影响特别大,因此通过准确地考虑到这一点,能够更精确地确定其核磁矩。其研究结果现在可以用来作为原子理论的基准,这将有助于解释加拿大国家核物理和粒子物理设施TRIUMF目前正在进行的实验。

    原子模型的“核磁矩”再一次被精确:比之前的最佳值小4倍

    研究还表明,精确模拟核效应有多么重要,并将对过去和未来的重原子精密实验产生影响。研究对缺乏中子的铀同位素207-213测定核磁矩的四倍改进,将大多数同位素不确定度从2%降低到0.5%。这些都是通过将对基态超精细结构常数的高精度计算与实验值进行比较而发现的。还展示了对玻尔-魏斯科普夫效应进行仔细建模的重要性,该效应是由于有限的核磁化分布而产生。

    原子模型的“核磁矩”再一次被精确:比之前的最佳值小4倍

    对核磁矩和Bohr-Weisskopf效应的更好理解,对于对标准模型的精确测试中所需原子理论进行基准测试至关重要,特别是正在进行的原子宇称破坏研究。

    博科园|研究/来自:澳大利亚研究理事会

    参考期刊《物理评论快报》

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.063002

    博科园|科学、科技、科研、科普

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