不寻常的原子有助于寻找宇宙的构建块

铯。来源：昆士兰大学

一种不寻常的铯原子形式正在帮助昆士兰大学领导的研究小组揭示构成宇宙的未知粒子。

来自昆士兰大学数学与物理学院的Jacinda Ginges博士说，这种不寻常的原子 - 由一个普通的铯原子和一个称为μ介子的基本粒子组成 - 对于更好地理解宇宙的基本组成部分可能是必不可少的。

“我们的宇宙对我们来说仍然是一个谜，”金吉斯博士说。

“天体物理学和宇宙学观测表明，我们所知道的物质 - 在物理学中通常被称为'标准模型'粒子 - 仅占宇宙物质和能量含量的百分之五。

“大多数物质都是'黑暗'的，我们目前知道标准模型中没有粒子或相互作用可以解释它。

“寻找暗物质粒子是粒子物理学研究的最前沿，我们对铯的工作可能对解决这个谜团至关重要。

这项工作也可能有一天改进技术。

“原子物理学在我们每天使用的技术中发挥着重要作用，例如使用全球定位系统（GPS）进行导航，原子理论将继续在推进基于原子的新量子技术方面发挥重要作用，”金格斯博士说。

通过理论研究，Ginges博士和她的团队提高了对铯原子核的磁性结构，它在原子铯中的作用以及奇怪而奇妙的μ介子的影响的理解。

“μ介子基本上是一个重电子——质量是电子的200倍——它绕原子核的轨道比电子快200倍，”金吉斯博士说。

“正因为如此，它可以捕捉到原子核结构的细节。

“这听起来很复杂，但简而言之，这项工作将有助于改进用于寻找新粒子的原子理论计算。

研究人员表示，通过使用精确的原子测量，新方法可以提供更高的灵敏度和寻找新粒子的替代技术。

“你可能听说过欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机，这是世界上最大、最强大的粒子加速器，它以高能量将亚原子物质粉碎在一起，以找到以前看不见的粒子，”金吉斯博士说。

“但是我们的研究可以提供更高的灵敏度，通过一种替代技术来发现新的粒子 - 通过精确的原子测量。

“它不需要巨大的对撞机，而是使用精密仪器在低能量下寻找原子变化。

“与其说是爆炸性的高能碰撞，不如说它相当于创造了一个超灵敏的'显微镜'来见证原子的真实本质。

“这可能是一种更敏感的技术，揭示粒子对撞机根本看不到的粒子。

在最近被新闻报道之后，铯正在经历一个时刻，作为放射性胶囊中的元素，在西澳大利亚的内陆失踪，随后被发现。

这项研究由Ginges博士领导，与研究生George Sanamyan和Benjamin Roberts博士一起进行，并已发表在Physical Review Letters上。

更多信息：G. Sanamyan等人，铯中玻尔-魏斯科普夫效应的经验测定和精确原子理论在搜索新物理学中的改进测试，物理评论快报（2023）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.130.053001

期刊信息：物理评论快报