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物理检验时空的对称性

  1887年,物理学家阿尔伯特·迈克耳孙(Albert Michelson)和爱德华·莫雷(Edward Morley)为了检测"以太"是否存在,进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验。在实验中,他们运用旋转的干涉仪,比较了两束相互垂直方向的光的速度。结果发现,沿两条垂直光轴传播的光速是相同的。这个实验结果成为后来爱因斯坦狭义相对论中的一个基本原理:光速在空间的各个方向上是相同的。
  也就是说,光的运动具有空间上的对称性,即洛伦兹对称,那么有人或许想问:这种空间对称性是否也适用于物质粒子的运动吗?或者说在粒子的能量相同的情况下,它们是否会沿着某个方向运动得更快些或更慢些吗?有一些量子引力理论预测,粒子会违反洛伦兹对称性,尤其是高能粒子。
  ○ 科学家对两个原子钟进行了长达六个月的监测,以检验爱因斯坦狭义相对论中的一个基本原则。图中的每个原子钟都含有一个镱离子。| 图片来源:PTB
  最先进的"原子钟"可以精确地检验时空的基本对称性。为了更准确地研究这一问题,德国联邦物理技术研究院(PTB)的物理学家用两个镱离子(Yb+)原子钟进行了长期实验。原子钟的频率由存储在阱中的单个镱离子的共振频率控制,这两个镱离子会以特定的频率对光进行吸收和释放。在基态时,镱离子的电子会呈球形对称分布,但当处于激发态时,这些电子的波函数会明显伸长,因此主要会沿着一个空间方向运动。波函数的方向由施加在原子钟内部的磁场决定。
  ○ 一个可调谐的激光器在原子钟的镱离子中激发出极窄的频带共振。离子的激发态电子波函数用黄色表示,它们的方向保持垂直。用可调频移的激光考察两个电子波函数,就可以测量可能出现的频率差异。整个实验装置每天与地球一起旋转一次。| 图片来源:PTB
  这两个原子钟被牢牢地固定在实验室里,每天与地球一起相对于固定的恒星自转一次,或者更准确地说是每23.9345小时自转一次。如果镱离子中的电子速度与空间方向有关,那么两个原子钟就会出现频率差异,而且这种差异会随着地球的自转呈周期性地出现。
  由于原子钟之间的频率差异非常微小,为了避免任何可能由技术造成的影响,研究人员将这两个镱离子原子钟的频率比较了超过1000个小时。在实验过程中,无论是几分钟还是长达80个小时的周期范围,他们都没有观察到两个原子钟之间有任何差异。
  将总的测量时间进行平均后,得出两个原子钟之间的频率偏差小于3×10⁻¹⁸。这与之前根据理论计算出的原子钟的组合不确定度4×10⁻¹⁸大致一样,因此可以认为两个原子钟之间没有出现频率偏差。也就是说,微观粒子仍然遵循时空对称性。这一结果将2015年加州大学伯克利分校的研究人员用钙离子(Ca+)所确定的极限提高了100倍。
  此外,这次实验证实了镱离子光学原子钟的精度水平极高,只有在大约经过100亿年之后,才有可能出现一秒钟的偏差。
  尽管洛伦兹对称性已被反复证实,但亦有一些科学家预测,它可能经不起越来越精确的测试。一些量子引力理论认为,我们或许即将找到洛伦兹对称的极限。但到目前为止,还没有迹象表明它真的会消亡。

NASA将重返金星探究地狱荒凉原因美国航空暨太空总署(NASA)今天宣布,两项金星新探险计划将在2028至2030年之间展开,设法了解这颗离我们最近的行星为何如此荒凉一片,无法如地球般欣欣向荣。NASA表示,两项计中国科学家接连登上国际顶刊自然科学封面记者获悉,来自中国的生命科学和量子信息科研成果于6月3日6月4日接连登上国际顶尖学术期刊自然科学杂志封面。6月3日刊发的自然杂志封面为Quantumconnections(量子连接天舟四号货运飞船发射任务取得圆满成功央广网文昌5月10日消息(记者蔡文娟)北京时间2022年5月10日1时56分,搭载天舟四号货运飞船的长征七号遥五运载火箭,在我国海南省文昌航天发射场点火发射,约10分钟后,飞船与火你知道为啥有的火箭发射前箭体会冒出白雾吗?今日1时57分30秒,天舟四号货运飞船发射升空。我们在看直播时,会看到发射前的长征七号遥五运载火箭箭体冒出白雾,并逸散开来。你是不是也很好奇,这是怎么回事?原来,这是因为长征七号使瞥见遥远世界的新方法可以让我们第一次真正看到系外行星我们太阳系以外的行星是相当乏味的东西。如此沉闷,我们只能通过在其母星的眩光中筛选出散射的反射射线来直接看到它们。即便如此,我们能做到的最好的办法就是通过针刺来确定它的位置。收集足够科学家在南极冰层下首次探测到大型地下水系统在南极洲冰层以下的沉积物中,科学家首次发现了一个巨大的地下水系统。根据日前发表在科学杂志上的新研究,这一地下水系统可能与湿海绵一样稠密,揭示了该地区未被勘探的部分,并可能对南极洲如恐龙如何换牙?古生物学者揭秘古老角龙换牙方式新华社武汉5月9日电(记者李伟)哺乳动物(包括人类)一生只换一次牙。亿万年前,恐龙又是如何换牙的?记者从中国地质大学(武汉)获悉,该校地球科学学院韩凤禄副教授研究团队联合中外科研人冷归冷,祝融号火星过冬将会有哪些意外惊喜?初夏时节,全国多地都在变热。然而正在火星上工作的祝融号火星车,将迎来它的首个冬季温度低至100以下,长达6个月。火星北极冰盖去年5月15日,祝融号火星车顺利在火星表面着陆。恰逢火星天舟四号近日将择机发射,新一代指挥显示系统为发射提供信息支撑IT之家5月9日消息,据央视新闻报道,5月8日下午,天舟四号货运飞船任务组织了发射前系统间全区合练。此次合练结束后,标志着全区各系统具备执行发射任务的条件。据介绍,此次是除点火发射北师大的天文学家计算出人类文明再存活多久才能找到外星人外面有那么多的星系恒星和行星,就真的没有一个外星人?为什么我们还没有发现他们存在的迹象?这是费米悖论的核心问题。在一篇新论文里,两位研究人员提出了下一个显而易见的问题人类文明需要存哈勃望远镜发现早期超大质量黑洞美国宇航局的哈勃太空望远镜已经发现了一个尘埃,遥远的物体,可以帮助天文学家解开宇宙中第一个超大质量黑洞的形成之谜。数据显示,新发现的尘埃类星体GNz7q是在大爆炸后7。5亿年形成的
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