第一次測(cè)量到量子效應(yīng)改變了光波的方向
通過(guò)空的空間的一個(gè)光波總是在同一方向上振蕩。然而,當(dāng)被放置在磁場(chǎng)中時(shí),某些材料可以用來(lái)旋轉(zhuǎn)光振蕩的這個(gè)方向。這就是所謂的“磁光”效應(yīng)。 經(jīng)過(guò)跨越很長(zhǎng)一段時(shí)間的各種猜測(cè)之后,這個(gè)效應(yīng)的一個(gè)變種,現(xiàn)在在維也納技術(shù)大學(xué)第一次得到了證實(shí)。與磁光效應(yīng)連續(xù)地轉(zhuǎn)換光波的方向不同,這種被稱為“拓?fù)浣^緣體”的特殊材料會(huì)以清晰定義的比例以量子步進(jìn)的方式來(lái)進(jìn)行切換。這些量子步伐的大小完全取決于基本的物理參數(shù),如精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)?赡芎芸炀湍軌蛴光學(xué)技術(shù)來(lái)比目前可能通過(guò)其他方法更準(zhǔn)確地測(cè)量這個(gè)常數(shù)。這項(xiàng)最新研究結(jié)果已在開(kāi)放獲取的期刊《自然*通訊》中進(jìn)行了報(bào)告。 在某些材料中,光波可以改變它們的偏振方向。 拓?fù)浣^緣體 “我們?cè)诳梢愿淖児獾恼袷幏较虻牟牧仙弦呀?jīng)努力了很長(zhǎng)一些時(shí)間了,”維也納技術(shù)大學(xué)固體物理研究所的Andrei Pimenov教授解釋說(shuō)。一般來(lái)說(shuō),該效應(yīng)取決于材料的厚度:光線在材料中行走的距離越大,旋轉(zhuǎn)的角度就越大。然而,這不是現(xiàn)在Pimenov的團(tuán)隊(duì)在一個(gè)來(lái)自烏茲堡大學(xué)的研究小組的協(xié)助下所研究的事情。他們的重點(diǎn)一直在“拓?fù)浣^緣體”,其中的關(guān)鍵參數(shù)是表面,而不是厚度。 其內(nèi)部是絕緣體,但是電流通?梢苑浅S行У匮刂?fù)浣^緣體的表面進(jìn)行傳導(dǎo)。“甚至是在通過(guò)拓?fù)浣^緣體發(fā)射輻射的時(shí)候,造成所有差異的也是這個(gè)表面,”P(pán)imenov說(shuō)。當(dāng)光在該材料中傳播時(shí),光束的振蕩方向被材料的表面進(jìn)行兩次翻轉(zhuǎn)——進(jìn)入的時(shí)候發(fā)生一次,出來(lái)的時(shí)候發(fā)生一次。 這里最引人注目的是,這個(gè)旋轉(zhuǎn)以量子的步伐按特定的比例發(fā)生,而不是連續(xù)的。這些點(diǎn)之間的間隔不是由材料的幾何形狀或性質(zhì)決定的,而是由基本的自然常數(shù)來(lái)定義。例如,它們可以基于精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)來(lái)給出,精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)是用來(lái)描述電磁相互作用強(qiáng)度的參數(shù)。這可能會(huì)開(kāi)啟比以前的情況更精確地測(cè)量自然常數(shù)的可能性,甚至可能會(huì)識(shí)別出新的測(cè)量技術(shù)。 使用特殊材料提高測(cè)量精度 這種情況類似于量子霍爾效應(yīng)——這是在某些材料中觀察到的另一種量子現(xiàn)象——在這種情況里,一個(gè)特定的變量(在這里是電阻)每次只能增加一定的量。量子霍爾效應(yīng)目前被應(yīng)用于高精度的測(cè)量,官方標(biāo)準(zhǔn)定義的電阻也是基于它。早在1985年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就授予了量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。 |