科學(xué)家們近日在精密實驗中對電子的觀察達(dá)到了前所未有的細(xì)致程度，這得益于他們采用激光聚焦技術(shù)進(jìn)行的創(chuàng)新研究。

日前，美國能源部托馬斯·杰斐遜國家加速器設(shè)施的核物理學(xué)家取得了一項重大突破：他們成功打破了近30年來電子束內(nèi)平行自旋測量（簡稱電子束偏振測量）的世界紀(jì)錄。

這一重大成就為杰斐遜實驗室進(jìn)行的一系列備受關(guān)注的實驗奠定了堅實基礎(chǔ)，這些實驗有望為物理學(xué)領(lǐng)域帶來新的重大發(fā)現(xiàn)。

在最新一期《物理評論C》雜志上，杰斐遜實驗室的研究人員與科學(xué)用戶合作，共同報告了他們的測量結(jié)果。這些結(jié)果比1994-1995年在加州門洛帕克SLAC國家加速器實驗室進(jìn)行的SLAC大型探測器（SLD）實驗所獲得的基準(zhǔn)測量結(jié)果更為精確。

杰斐遜實驗室的實驗核物理學(xué)家、論文的合著者Dave Gaskell表示：“在世界任何地方的任何實驗室，都沒有人能夠如此精確地測量到電子束的極化。這不僅是康普頓極化法的基準(zhǔn)，也是任何電子極化測量技術(shù)的基準(zhǔn)。”

康普頓偏振法是一種通過探測光子（被帶電粒子如電子散射的光粒子）來測量電子束極化的方法。這種散射現(xiàn)象（即康普頓效應(yīng)），可以通過激光和電子束之間的碰撞來實現(xiàn)。

電子和光子都具有一種稱為自旋的特性，物理學(xué)家使用角動量來描述它。自旋是電子等粒子的固有屬性，類似于質(zhì)量或電荷。當(dāng)粒子在給定時間內(nèi)以相同方向旋轉(zhuǎn)時，這個量被稱為極化。對于物理學(xué)家來說，了解這種極化在探索物質(zhì)最微小尺度上的核心屬性至關(guān)重要。

杰斐遜實驗室的另一位物理學(xué)家、論文的合著者M(jìn)ark Macrae Dalton形象地比喻道：“把電子束想象成你用來測量東西的工具，就像一把尺子。這把尺子的單位是英寸還是毫米？你必須理解這把尺子才能理解任何測量。否則，你就無法測量任何東西。”

科學(xué)家們在鈣半徑實驗(CREX)期間，同步開展了鉛半徑實驗(PREX-II)，從而達(dá)成了超高精度的效果，以探測中重原子和重原子的原子核，以了解其“中子皮”的結(jié)構(gòu)。

最終，他們在鈣半徑實驗(CREX)過程中，通過康普頓偏振法連續(xù)測量電子束的偏振，精度為0.36%。這超過了SLAC SLD實驗中報告的0.5%。

通過打破精度世界紀(jì)錄并深入探索自旋電子，科學(xué)家們?yōu)槲锢韺W(xué)領(lǐng)域帶來了新的突破和可能性。這一創(chuàng)新性的研究不僅展示了激光聚焦技術(shù)的強(qiáng)大潛力，還為未來的實驗和發(fā)現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)