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2 # 原始地球人
《自然》雜誌網站曾在2012年4月18日的報道稱,由瑞士保羅-謝爾研究所(Paul Scherrer Institute,簡稱PSI)實驗物理學家和德國德累斯頓固態和材料研究所(The Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden,簡稱IFW Dresden)理論物理學家領導的國際研究小組透過實驗發現(該實驗發生在2011年),一個電子分裂成兩個獨立的準粒子:自旋子(spinon)和軌道子(orbiton)。
上世紀80年代物理學家曾經預言,電子以原子的一維鍊形式存在,可以分裂成3個準粒子:空穴子(holon)、自旋子和軌道子。
空穴子又稱電荷子(chargon),攜帶電子電荷
自旋子攜帶旋轉屬性(一維關聯電子系統中因負電荷之間顯著的排斥作用而出現電荷自旋分離,是一種與磁性有關的內在量子性質),2009年劍橋大學與伯明翰大學的研究發現,金屬板上的電子因量子隧穿效應跳躍到量子線上並分裂為兩個準粒子,分別為攜帶電子自旋性質的自旋子與攜帶電荷的空穴子
軌道子攜帶軌道位,1997-1998年間,van den Brink、Khomskii與Sawatzky從理論上預言了軌道子的存在
1996年,物理學家將電子空穴和自旋子分開,而自旋和軌道這兩種性質伴隨著每一個電子。
PSI擁有世界上最強大的X射線產生器Swiss Light Source(SLS),研究人員利用其產生的強大X射線照射一種化學式為Sr₂CuO₃的鍶銅氧化物,讓其中銅原子的電子躍遷到高能軌道,相應電子繞核運動的速度也就更高。研究人員發現,電子被X射線激發後分裂為兩部分:一個是自旋子,攜帶電子的自旋性及其他性質;另一個是軌道子,產生軌道能量。Sr₂CuO₃材料中的粒子會被限制只能以一個方向運動,向前或向後。透過比較X射線照射材料前後的能量與動量的變換,就可以追蹤分析新生粒子的性質。
這類研究的目的為何?第一,證實物理理論所預測的電子能分裂成三個部分是否正確。第二,觀察到電子分裂必然會對一些前沿領域產生革命性的突破,例如:高溫超導和量子計算機。Sr₂CuO₃中的電子和銅基超導材料中的電子有著相似的性質,故該研究能為高溫超導研究提供一條新的途徑。此外,研究軌道子也有助於開發量子計算機,同時用自旋子和軌道子來編碼和操控資訊,可能是未來量子計算機的發展方向。因為,量子計算機的一個主要障礙是量子效應會在完成計算之前被破壞。而軌道子的躍遷時間極短,只要幾飛秒(1飛秒 = 10⁻¹⁵ 秒),這麼快的速度有機會加快量子計算機進入商用的腳步。
最後說明一下,該實驗成功的關鍵有二:第一,需要很強的X射線,把能量收縮在極狹窄的範圍內,才能對銅原子的電子產生影響;第二,需要有極高精度的X射線探測儀。電子分裂的三個部分,每個部分攜帶電子的不同特徵,但它們是不能在材料以外獨立存在的。物理學家的下一步目標是同時產生出空穴子、自旋子和軌道子。
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3 # 孤猴78345271
只要是物質粒子就一定可以分成最基本的粒子:質量點和能量點-光子,電子和正電子湮滅釋放出伽馬光子,光子已經被證明是電子和正電子的組成部分,餘下的就是證明質量點也是電子的組成部分,這完全可以設計一個物理實驗來加以證明,本人於十年前就已經設計出了這個實驗方案。製造並探測出質量點的存在,將是有史以來粒子物理上最大的突破,絕無之一!
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不行了,目前物理學把電子看做是基本粒子,沒有下層結構了。
不過,計算過程暗示電子很可能還是有更為基本的結構的。