此圖顯示了以鐵為基礎的超導體中每秒訪問和控制希格斯模式（金球）的每秒萬億個脈衝的光（紅色閃光）。即使在不同的能帶，希格斯模式也會相互影響（白煙）。圖片由王繼剛提供。

即使您不是物理學專業的學生，​您也可能已經聽說過有關希格斯玻色子的知識。

1993年，諾貝爾獎獲得者萊昂·萊德曼（Leon Lederman）的書名叫希格斯“上帝粒子”。搜尋希格斯粒子是在2009年歐洲大型強子對撞機首次碰撞後啟動的。2013年，彼得·希格斯（Peter Higgs）和弗朗索瓦·恩格勒特（Francois Englert）宣佈，由於在1964年獨立地提出基本粒子希格斯是亞原子粒子的質量來源而獲得了諾貝爾物理學獎，這使我們知道的宇宙成為可能。

（此外，愛荷華州立大學的物理學家在2012年研究論文的作者名單上，描述了對撞機的ATLAS實驗如何觀察到後來被確認為希格斯的新粒子。）

現在，愛荷華州立大學物理學和天文學教授，美國能源部艾姆斯實驗室高階科學家王繼剛和一組研究人員在超導體中發現了一種著名粒子的形式，這種超導體能導電沒有阻力，通常在非常冷的溫度下。

Wang和他的合作者-包括Chang-Beom Eom，Raymond R. Holton工程學系主任和Theodore H. Geballe，威斯康星大學麥迪遜分校教授；伊利亞斯·佩拉基斯（Ilias Perakis），阿拉巴馬大學伯明翰分校教授兼物理學教授；佛羅里達州立大學機械工程學教授兼臨時主席埃裡克·赫斯特倫（Eric Hellstrom）在《自然通訊》雜誌最近線上發表的一篇論文中報告了這些細節。

他們寫道，在實驗室實驗中，他們在鐵基高溫（但仍然很冷），多能帶，非常規超導體中發現了短暫的“希格斯模式”。

量子發現

希格斯模式是在原子的量子尺度，其電子態和高能激發下發現的物質狀態。可透過以每秒數萬億個脈衝的太赫茲頻率在超導體上閃爍的鐳射來訪問和控制該模式。希格斯模式可以在不同的能帶內建立，並且仍然彼此互動。

王說，超導體中的這種希格斯模式可能被用於開發新的量子感測器。

王說：“就像大型強子對撞機可以利用希格斯粒子探測暗能量或反物質來幫助我們瞭解宇宙的起源一樣。” “桌面上的希格斯模式感測器有潛力幫助我們發現物質量子態的秘密。”

王說，這種理解可能會推動高速計算和資訊科技的新的“量子革命”。

王說：“這是將這個充滿異國情調，奇怪的量子世界應用於現實生活的一種方式。”

超導體的光控

該專案採用三管齊下的方法來訪問和理解隱藏在超導體中的特殊屬性，例如這種希格斯模式：

Wang的研究小組使用一種稱為量子太赫茲光譜的工具來視覺化和操縱穿過超導體的電子對。該工具使用鐳射閃光燈作為控制旋鈕，以加速超電流並訪問物質的新的和潛在有用的量子態。

Eom的小組開發了一種合成技術，該技術可以生產出足夠高的質量以顯示希格斯模式的鐵基超導體晶體薄膜。Hellstrom的小組開發了用於鐵基超導薄膜開發的沉積源。

Perakis小組領導了量子模型和理論的發展，以解釋實驗結果並模擬希格斯模式的顯著特徵。

這項工作得到了美國國家科學基金會對Wang的資助以及美國能源部對Eom和Perakis的資助。

Perakis說：“跨學科科學是這裡的關鍵。” “我們擁有量子物理學，材料科學與工程，凝聚態物理學，鐳射和光子學，其靈感來自基礎，高能和粒子物理學。”

所有這些領域的研究人員都有充分的實際理由在專案上進行合作。在這種情況下，四個研究小組的學生與他們的顧問一起完成了這一發現。

Wang在一份研究摘要中寫道：“科學家和工程師最近才意識到某些材料（例如超導體）具有可用於量子資訊和能源科學的特性，例如處理，記錄，儲存和儲存。通訊。”