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超导体内造出“上帝粒子” 计算机将发生“量子变革”

2021年02月22日 8:08 PDF版 分享转发
根据电脑模拟图,两道高能量质子对撞(红线)后,产生无数粒子(黄线),再从中寻找希格斯玻色子产生瞬间。美联社
根据电脑模拟图,两道高能量质子对撞(红线)后,产生无数粒子(黄线),再从中寻找希格斯玻色子产生瞬间。(图片来自:AP)

2021年2月21日】(编辑:何梓涵)即使不是专业学物理的人大概也都听说过希格斯玻色子(Higgs boson),它是以2013年诺贝尔奖获得者彼得·希格斯的名字命名,而另一位诺贝尔奖获得者莱德曼(Leon Lederman)着书将其称为“粒子”。

1964年,几位物理学者研究出希格斯机制。这一机制假定宇宙遍布着希格斯场,其能够与某些基本粒子相互作用,并且利用自发对称性破缺使得它们获得质量,同时又不会抵触到规范场论。相关理论在70年代被纳入粒子物理学的标准模型。

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,自旋为零,宇称为正值,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变,是希格斯场的量子激发。它的发现,反过来证实了希格斯机制的正确性。

近日,希格斯玻色子的研究又有了重大突破。 美国爱荷华州立大学(Iowa State University)物理学副教授王济刚(Jigang Wang,音译)和多位来自其它领域的研究人员,在内发现了这种粒子状态。

超导体是没有电阻的导电材料,通常需要在极低的温度下实现。研究人员在实验室内,在基于铁金属的、温度相对高一些(仍然是非常低的温度下)、多个能量级的非常规超导体内,发现了短时间存在的“希格斯玻色子”。

研究人员称,他们发现可以通过每秒几万亿太赫兹的激光脉冲照射在超导体上,实现和控制在不同的能级态造出希格斯玻色子。这为希格斯机制的研究带来新的突破。

王济刚说,这种超导体内的希格斯机制在开发新的量子感应器上具有潜在用途。 “就像大型强子对撞机(LHC)可以使用希格斯粒子侦测暗能量或反物质帮助我们进一步探索宇宙的起源,我们这种一张桌子就能放得下的希格斯模式感应器可以帮助我们探索物质量子态下隐藏的秘密” 。

他进一步解释说,这项研究将推动用于高速和信息科技的新一轮“量子变革”。 “这是这种来自奇异的量子世界的物质在现实世界的用途之一”。 

这份研究报告于1月11日发表在《自然·通讯》(Nature Communications)期刊上。

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