每个原子都独一无二？新实验将对此做出检验

【大纪元2026年05月25日讯】（大纪元记者笛睿编译报导）长期以来的假设告诉我们，拥有相同质子数、中子数和电子数的原子是无从区分的，这个假设支撑了许多科学领域，包括量子计算。但这其实只是“假设”，一位物理学家希望对这一观点进行验证。

在一篇于2026年2月发表在《物理快报B》（Physics Letters B）的最新论文中，德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家马克‧雷曾（Mark Raizen）提出了一系列实验方案，旨在首次从这些看似相同的粒子中发掘出潜在的差异。

“我们希望理论与实验携手并进”，雷曾说，“这个问题此前从未在实验上得到过验证，这正是让我觉得它有趣的原因。”

科罗拉多州立大学物理学家克里斯蒂安‧桑纳（Christian Sanner）表示，如果原子是可区分的，那么观察两个同种类型的原子，就像看着两辆相同品牌和型号的汽车。刚刚下生产线时，它们或许看起来无从分辨。但如果你靠近仔细测量螺栓的松紧程度，以及车门与车框之间的细微缝隙，微小的差异就会逐渐显现。桑纳并未参与这篇新论文的研究。

为了获得极为精确的原子测量数据，雷曾提出了一项实验方案：利用雷射冷却并捕获单个原子同位素，将其置于一个极为精密的原子钟中。这套装置将使研究人员能够透过检测每个粒子的原子核自旋（Nuclear spin）所产生的核场——即“核磁矩”（Nuclear magnetic moment）的细微差异，来侦测这些原子同位素之间能阶上是否有微小差别。

这项实验建立在雷曾数十年前研究工作的基础之上。从他在美国国家标准与技术研究院（NIST）担任博士后研究员时起，他便协助开发了一种让原子钟冷却并捕获一系列带电原子的方法，“如同珍珠串在项链上”一样。他后来的部分研究工作专注于开发如何控制这些被捕获粒子的方法，这项研究催生了更有效率的同位素分离方式——这是许多基于放射性同位素的癌症治疗和诊断影像学的重要步骤，也是他验证原子是否可区分计划的关键环节。

“这对我来说是一个圆满的循环，它始于三十或三十五年前，从这个意义上说，能够将这些我从未预料会重拾的事物结合在一起，我感到既欣慰，又振奋。”雷曾说。◇

责任编辑：李琳#