Физики создали новый способ наблюдения за деталями структуры и состава материалов, улучшенный по сравнению с предыдущими методами. Обычная спектроскопия изменяет частоту света, падающего на образец, с течением времени, чтобы раскрыть подробности о них. Новый метод, спектроскопия осцилляций Раби, не требует исследования широкого диапазона частот, поэтому может работать намного быстрее. Этот метод можно использовать для исследования наших лучших теорий материи, чтобы лучше понять материальную вселенную.
Хотя мы не можем увидеть их невооруженным глазом, мы все знакомы с атомами, из которых состоит все, что мы видим вокруг. Коллекции положительных протонов, нейтральных нейтронов и отрицательных электронов дают начало всему веществу, с которым мы взаимодействуем. Однако есть некоторые более экзотические формы материи, в том числе экзотические атомы, которые не состоят из этих трех основных компонентов. Мюоний, например, подобен водороду, который обычно имеет один электрон на орбите вокруг одного протона, но вместо протона имеет положительно заряженную частицу мюона.
Мюоны важны в передовой физике, поскольку они позволяют физикам проверять наши лучшие теории о материи, такие как квантовая электродинамика или Стандартная модель, с чрезвычайно высокой точностью. Это важно само по себе, поскольку только когда надежная теория доведена до крайности, могут начать формироваться пресловутые трещины, которые могут указывать на то, где необходимы новые, более полные теории и даже какие они могут быть. Вот почему изучение мюония представляет большой интерес для физического сообщества, но до сих пор его подробные наблюдения не проводились.
«Мюоний — очень короткоживущий атом, поэтому важно проводить быстрые наблюдения с максимально возможной мощностью, чтобы получить наилучший сигнал за ограниченное время наблюдения», — сказал доцент Хироюки А. Тории из Высшей школы медицины. Наука в Токийском университете. «Обычные спектроскопические методы требуют повторных наблюдений в диапазоне частот, чтобы найти конкретную ключевую частоту, которую мы ищем, известную как резонансная частота, а это требует времени».
Итак, Торий и его команда разработали новый вид спектроскопического метода, который использует хорошо изученный физический эффект, известный как колебание Раби. Осцилляционная спектроскопия Раби не требует поиска частотных сигналов для передачи информации об атоме. Вместо этого он смотрит на необработанные данные датчика или данные во временной области за более короткий промежуток времени и предоставляет информацию на основе этого. Этот новый метод предлагает значительное повышение точности.
«Изучение экзотических атомов требует знания атомной физики низких энергий и физики частиц высоких энергий. Такое сочетание дисциплин в рамках физики предполагает, что мы находимся на пути к более полному пониманию нашей материальной вселенной», — сказал Торий. «Я очень хочу, чтобы физики использовали спектроскопию осцилляций Раби, чтобы еще глубже заглянуть в мир экзотических атомов, содержащих необычные частицы и изотопы, а также другие виды материи, создаваемые на ускорителях частиц по всему миру».
