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最新研究:超导体中光量子控制的希格斯模态
发布时间:2021-02-03 20:47:00 阅读:92

来源:寸草心

    希格斯玻色子是标准模型里的一种基本粒子,是一种玻色子,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变。

    1993年,诺贝尔奖获得者莱昂•莱德曼(Leon Lederman)的所著书名叫希格斯“上帝粒子”。搜寻希格斯粒子是在2009年欧洲大型强子对撞机首次碰撞后启动。 2013年,彼得•希格斯(Peter Higgs)和弗朗索瓦•恩格勒特(Francois Englert)宣布以1964年的独立理论认为,基本粒子希格斯是亚原子粒子的质量来源而获得了诺贝尔物理学奖。

    现在,爱荷华州立大学物理学和天文学教授,美国能源部艾姆斯实验室高级科学家王继刚(J. Wang)和一组研究人员,在超导体中发现了这种著名粒子的形式,这种超导体能导电没有阻力,通常在非常冷的温度下。在实验中,他们在铁基高温(但仍然很冷)、多能带、非常规超导体中发现了短暂的“希格斯模式”。王和他的合作者,包括威斯康星大学教授、工程学系主任Chang-Beom Eom,阿拉巴马大学教授Ilias Perakis;佛罗里达州立大学教授Eric Hellstrom,他们的研究成果论文发表在最近的《自然通讯》上。

   如图所示以铁为基础的超导体中每秒访问和控制希格斯模式(金球)的每秒万亿个脉冲的光(红色闪光)。即使在不同的能带,希格斯模式也会相互影响(白烟)。

    量子发现

    希格斯模式是在原子的量子尺度上,在电子态和高能激发下发现的物质状态。可通过以每秒数万亿个脉冲的太赫兹频率,在超导体上闪烁的激光来访问和控制该模式。希格斯模式可以在不同的能带内创建,并且仍然彼此交互。

    王说,超导体中的这种希格斯模式可能被用于开发新的量子传感器。“就像大型强子对撞机可以利用希格斯粒子探测暗能量或反物质来帮助我们了解宇宙的起源一样。” “这种桌面上实验的希格斯模式传感器有潜力帮助我们发现物质量子态的秘密。”“这种理解可能会推动高速计算和信息技术的新的“量子革命”。“这是奇怪的量子世界应用于现实生活的一种方式。”“科学家和工程师最近才意识到某些材料(例如超导体)具有可用于量子信息和能源科学的特性,例如处理、记录、存储和通讯。”

    超导体的光控

    该项目采用三管齐下的方法来探测和理解隐藏在超导体中的特殊属性的希格斯模式:

    研究团队使用一种称为量子太赫兹光谱的工具来可视化和操纵穿过超导体的电子对。该工具使用激光闪光灯作为控制旋钮,以加速超电流并访问物质的新的和潜在有用的量子态。开发了一种合成技术,该技术可以生产出足够高的质量以显示希格斯模式的铁基超导体晶体薄膜。开发了用于铁基超导薄膜开发的沉积源。通过量子模型和理论的发展,以解释实验结果并模拟希格斯模式的显着特征。研究人员表示:“跨学科科学是该研究的关键。” “我们拥有量子物理学、材料科学与工程、凝聚态物理学、激光和光子学,其灵感来自基础、高能和粒子物理学。”

 
 

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