探测奇异物质的新方法有助于原子和粒子物理学的研究

　　（上）安装在位于东京北部茨城县东海市 J-PARC 设施的粒子加速器中的装置外部。（左下）包括高精度传感器在内的电子元件。（右下）进行观察的硅传感器的详细显微图像。
　　物理学家创造了一种新方法来观察有关材料结构和成分的细节，该方法改进了以前的方法。传统光谱会随着时间的推移改变照射在样品上的光的频率，以揭示有关它们的细节。新技术，Rabi 振荡光谱，不需要探索很宽的频率范围，因此可以更快地运行。这种方法可以用来询问我们最好的物质理论，以便更好地理解物质宇宙。
　　虽然我们无法用肉眼看到它们，但我们都熟悉构成物质的原子。正质子、中性中子和负电子的集合产生了我们与之相互作用的所有物质。然而，还有更多奇特的物质形式，包括奇特的原子，它们不是由这三种基本成分构成的。例如，μ 就像氢，它通常在一个质子的轨道上有一个电子，但有一个带正电的 μ 粒子代替质子。
　　μ子在尖端物理学中很重要，因为它们允许物理学家以极高的精度测试我们关于物质的最佳理论，例如量子电动力学或标准模型。这本身就很重要，因为只有当一个强大的理论被推到极端时，裂缝才会开始形成，这可能表明需要新的、更完整的理论，甚至它们可能是什么。这就是为什么对 μ 的研究引起物理学界的极大兴趣，但直到现在，它都回避了详细的观察。
　　＂Muonium 是一种寿命非常短的原子，因此重要的是要以尽可能大的功率进行快速观测，以便在有限的观测时间内获得最佳信号，＂该研究所研究生院的 Hiroyuki A.Torii 副教授说。东京大学科学系。＂传统的光谱方法需要对一系列频率进行重复观察，才能找到我们正在寻找的特定关键频率，即共振频率，这需要时间。＂
　　因此，Torii 和他的团队设计了一种新的光谱方法，该方法利用了一种众所周知的物理效应，称为 Rabi 振荡。Rabi 振荡光谱不需要搜索频率信号来传达有关原子的信息。相反，它会在更短的时间内查看原始传感器或时域数据，并基于此提供信息。这种新方法大大提高了精度。
　　＂对奇异原子的研究需要低能原子物理学和高能粒子物理学的知识。物理学学科的这种结合表明我们正走在更全面地了解我们的物质宇宙的道路上，＂鸟居说。＂我渴望看到物理学家使用拉比振荡光谱更深入地观察包含不寻常粒子和同位素的奇异原子的世界，以及世界各地粒子加速器产生的其他种类的物质。＂
　　更多信息:  S. Nishimura et al, Rabi-Oscillation Spectroscopy of the Hyperfine Structure of Muonium Atoms,   Physical Review Letters  (2021). arXiv:2007.12386 [hep-ex]   arxiv.org/abs/2007.12386