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拍到了!首张电子运行图 理论终于图像化

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【大纪元2012年10月03日讯】(大纪元记者黄凯熙综合报导)一组由英国和日本组成的物理研究科学团队,上个月在《物理评论快报》(Physical Review Letters)的科学期刊上,发表由他们首次捕抓到电子在“蓝道能量层”(Landau levels)运行的真实情况图像。这也是物理科学家首次透过图像,观察到电子在强烈电磁范围内运行的情况。已往电子在“蓝道能量层”运行的情景,只能以理论化的文字来陈述,如今却能以具体的图像呈现出来。

根据Live Science科技网站的报导,来自英国沃威克大学(England’s University of Warwick)和日本东京大学的物理学家,在9月14日出版的《物理评论快报》上,发表人类首次拍到电子在高磁场下运行的量子化情形。

昔日在物理界只能用文字叙述,电子会在具有强烈电磁性的“蓝道能量层”上弯曲环绕运行。这个电子运行理论是在1930年,由诺贝尔物理奖得主烈夫‧蓝道(Lev Landau)博士所发表。时过80多年后的今天,拜电子显微镜与高速摄影结合的技术,一日千里的迅速发展所赐,如今科学家首次揭开了电子与其周围量子场的神秘面纱,把带电粒子运行的庐山真面目,展示在世人面前。

以往物理学家为了证实“蓝道能量层”的存在,是用测量粒子带电量从“蓝道能量层”转换到其他阶层的结果,来验证这个理论的正确性。但从理论成立至今,还没有人真正看见过电子在“蓝道能量层”运行的真实情况。直到今天研究团队拍下这难能可贵的物理学创始图像为止,总算替电子与量子的情况,写下了历史见证。

研究团队的成员之一、来自沃威克大学的物理学家骆伊莫(Rudolf Roemer)说:“我们是首支以‘扫描式穿隧显微镜’(scanning tunneling microscopy),拍下带电粒子与运行范围真实面貌的团队。”

骆伊莫表示,截取到带电粒子在“蓝道能量层”运行的图像,能够加强我们对基本理论的认知理念。而且实验结果告诉我们,这些基础理论是真实的,我们可以真的看到这些状态并发现它们的存在。

德国科学家路斯卡(E. Ruska),在1931年利用电子在磁场中运动方向改变的原理,用透镜聚焦加以观察,发明电子磁透镜;翌年,他与诺尔(Knoll)合作,利用磁透镜制作出真正具有放大功能的电子显微镜;电子显微镜的发明,启发了宾尼格(G. Binnig)及罗乐尔(H. Rohrer)发明了“扫描式穿隧显微镜”。

发明“扫描式穿隧显微镜”的两名物理学家和该领域的先驱路斯卡,于1986年共同获得诺贝尔物理奖的殊荣。因为宾尼格及罗乐尔谦逊的不敢专美,将一半奖金分赠给电子显微镜的发明先驱路斯卡。

“扫描式穿隧显微镜”发展成功,不但具有鉴别原子大小的能力,而且观测的样品不必特别准备。这个技术发表后,经世界各大实验室加以研究改进,于1985年已告成熟。

但直到27年后,物理学家才有能力结合超速摄影技巧,捕抓到电子运行的瞬间画面,显然人类在各层粒子间的探索,仍有一大段前进钻研的路要走。

(责任编辑:毕儒宗)

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2012-10-03 4:45 PM
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