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物理学家找到一种新的方法来揭示大质量分子奇怪的波状性质_科技

发布日期:2020-08-01 02:40   来源:未知   阅读:

布兰德等人,《列特物理学报》,2020年布拉格衍射显示了有机染料的波状性质。

在实验证实原子(物质的最小组成部分)具有飘渺的波状特征近一个世纪后,物理学家们刚刚找到了一种新的方法来展示巨大分子是如何在同样的不确定性下波动的。

来自维也纳大学和德国杜伊斯堡-埃森大学的研究人员对一项经典实验进行了新的旋转,在两种有机化学物质中创建了波状衍射图案。

这是一件大事,不仅因为它再次证明了构成我们世界的粒子的奇怪的二重性,而且它有助于改进重要成像材料的方法。

简而言之,研究人员使用激光来制造由大约40到60个原子组成的单个分子的薄雾:在一个案例中,他们使用了抗生素环丙沙星;在另一种情况下是有机染料酞菁。

每一团雾都通过一系列狭窄的开口,然后是第二束激光,最后溅到屏幕上。

在紫外光的照射下,穿过的薄雾揭示了海浪在飞行中干扰自身的模式。

但是物质如何像波浪一样运动呢?当我们从人的角度思考狗、猫、苹果馅饼和网球时,很难解释普通粒子是如何突然开始表现得像声波或光波一样。

不仅仅是我们,提出比较也挑战了物理学中最优秀的头脑。

在原子论的早期,人们认为光就像水面上的波纹。这一点很清楚,因为当一束光被阻挡时,它的属性似乎是从障碍物的边缘投射出来的。或者,用更简单的术语来说,它似乎可以在拐角处弯曲和“衍射”,就像波浪绕着池塘里出现的芦苇弯曲一样。

重要的是,当波浪重叠时,它们也可以相互叠加或相减,以可预测的方式干扰它们的模式。碰巧,光也能做到这一点。

物质??比如构成自然界基本构件的负电荷和正电荷??被认为更像海滩上的微小沙粒。把它们堆在一起,它们就形成了一个土堆。

到20世纪初,越来越清楚的是,整个故事还有更多的内容。

爱因斯坦将获得诺贝尔奖实验表明光不仅表现得像波,它还以离散的、颗粒状的单位传递能量。

几十年后,一位年轻的法国王子路易?德布罗意从爱因斯坦的书中吸取了一个教训,他提出如果粒子电子也是波浪形的,这可以解释它们围绕原子的奇怪轨道性质。

德布罗意的疯狂想法也不仅仅是胡扯。1927年,物理学家乔治?汤姆森的一项实验表明,电子可以绕过狭窄的开口产生干涉图案,就像其他波一样。

从那时起,支持这种光和物质的奇怪二元性的证据已经堆积如山。我们在这里也不仅仅谈论彩虹和电子;物理学的基础是用波和粒子的数学描述的。

那些颤动的电子与颤动的质子和颤动的中子结合在一起,在混乱的电波中闪烁着穿过现实,在被迫进入现实之前,他们从来不确定自己的命运或个性。

当这些粒子连接在一起形成原子,原子结合形成分子,分子结合成苹果派和网球(甚至像你我这样的人类),这些波结合成更模糊、更不容易被发现的形式。

但如果你知道怎么看,它们还在。正如这个实验所显示的。

就规模而言,这项特殊的研究并没有打破记录。研究人员揭示了由810个原子组成的巨大分子的波状本质就在七年前。

事实上,酞菁被捕获了早在2017年的时候使用与此略有不同的设置。

这次的区别在于团队如何绕射波浪,将一个基于布拉格定律而不是更传统的拉曼-纳特衍射。

对我们大多数人来说,这种微妙的变化并不意味着一个伟大的细节。但是研究人员可以利用这项新技术创造出诊断工具,为我们探索更广泛的粒子特性提供新的方法。

研究人员说:“在这种装置中有选择地处理臂的可能性,反过来将使新的干涉方案能够利用分子的手性、构象以及分子内部和外部自由度之间可能的缠结。”在他们的报告中总结道。

洞察所有这些量子特征可以让我们洞察原子自己组装在一起帮助我们更好地预测制造新材料的过程。

它甚至可能告诉我们一些关于波和粒子本身性质的新东西,最终让我们一劳永逸地调和现实中不可混合的部分。

这项研究发表在物理评论信。

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