每個原子都獨一無二？新實驗將對此做出檢驗

【大紀元2026年05月25日訊】（大紀元記者笛睿編譯報導）長期以來的假設告訴我們，擁有相同質子數、中子數和電子數的原子是無從區分的，這個假設支撐了許多科學領域，包括量子計算。但這其實只是「假設」，一位物理學家希望對這一觀點進行驗證。

在一篇於2026年2月發表在《物理快報B》（Physics Letters B）的最新論文中，德克薩斯大學奧斯汀分校的物理學家馬克‧雷曾（Mark Raizen）提出了一系列實驗方案，旨在首次從這些看似相同的粒子中發掘出潛在的差異。

「我們希望理論與實驗攜手並進」，雷曾說，「這個問題此前從未在實驗上得到過驗證，這正是讓我覺得它有趣的原因。」

科羅拉多州立大學物理學家克里斯蒂安‧桑納（Christian Sanner）表示，如果原子是可區分的，那麼觀察兩個同種類型的原子，就像看著兩輛相同品牌和型號的汽車。剛剛下生產線時，它們或許看起來無從分辨。但如果你靠近仔細測量螺栓的鬆緊程度，以及車門與車框之間的細微縫隙，微小的差異就會逐漸顯現。桑納並未參與這篇新論文的研究。

為了獲得極為精確的原子測量數據，雷曾提出了一項實驗方案：利用雷射冷卻並捕獲單個原子同位素，將其置於一個極為精密的原子鐘中。這套裝置將使研究人員能夠透過檢測每個粒子的原子核自旋（Nuclear spin）所產生的核場——即「核磁矩」（Nuclear magnetic moment）的細微差異，來偵測這些原子同位素之間能階上是否有微小差別。

這項實驗建立在雷曾數十年前研究工作的基礎之上。從他在美國國家標準與技術研究院（NIST）擔任博士後研究員時起，他便協助開發了一種讓原子鐘冷卻並捕獲一系列帶電原子的方法，「如同珍珠串在項鏈上」一樣。他後來的部分研究工作專注於開發如何控制這些被捕獲粒子的方法，這項研究催生了更有效率的同位素分離方式——這是許多基於放射性同位素的癌症治療和診斷影像學的重要步驟，也是他驗證原子是否可區分計劃的關鍵環節。

「這對我來說是一個圓滿的循環，它始於三十或三十五年前，從這個意義上說，能夠將這些我從未預料會重拾的事物結合在一起，我感到既欣慰，又振奮。」雷曾說。◇

責任編輯：李琳#