物理学家创造出有史以来第一个原子涡旋光束，其神秘属性尚无人破解

物理学家创造了有史以来第一个原子涡旋光束——原子和分子形成的漩涡，具有尚未被理解的神秘属性。

通过将一束直的氦原子光束通过一个有微小缝隙的光栅，科学家们能够利用量子力学的奇怪规则将光束转换成一个旋转的漩涡。

光束旋转带来的额外能量，称为轨道角动量，给了它一个新的移动方向，使之能够以研究人员尚未预测的方式行动。

例如，研究人员认为原子的旋转可以增加额外的磁场维度，以及其它不可预测的影响，这是由于螺旋涡旋原子内部的电子和原子核以不同的速度旋转。

 “一种可能性是，这也可以改变原子的磁矩，或粒子的内在磁性，使其行为像一个小棒磁铁。”该研究的合著者，加州大学伯克利分校的物理学家Yair Segev表示。

在简化的经典原子图中，带负电荷的电子围绕带正电荷的原子核运行。在这个观点中，Segev表示，当原子作为一个整体旋转时，漩涡中的电子将以比原子核更快的速度旋转，当它们旋转时“产生不同的相反的电流”。

根据迈克尔·法拉第提出的著名的磁感应定律，这可能会产生各种各样的新磁效应，比如指向光束中心、指向原子本身的磁矩，以及更多他们无法预测的效应。

研究人员通过让氦原子通过一个只有600纳米宽的细缝组成的网格来制造光束。

在量子力学领域，原子可以表现得像粒子和微小的波。当波状氦原子光束衍射穿过网格，弯曲得如此厉害，以至于它们形成了一个旋涡，在空间中螺旋前进。

这些旋转的原子随后到达探测器，探测器显示出多束光——衍射程度不同，角动量也不同——就像印在上面的小甜甜圈一样。

科学家们还发现了更小、更亮的甜甜圈嵌在中心的三个漩涡中。这些都是氦准分子的特征——一个被能量激发的氦原子粘在另一个氦原子上形成的分子。通常，氦是惰性气体，不与任何物质结合。

Segev表示，螺旋束内部原子的轨道角动量也改变了量子力学的“选择规则”，而量子力学的“选择规则”决定了漩涡原子将如何与其他粒子相互作用。接下来，研究人员将把氦束粉碎成光子、电子和氦以外的元素原子，以观察它们的行为。

如果它们的旋转光束确实有不同的作用，它可能成为一种新型显微镜的理想候选者，这种显微镜可以窥视亚原子水平上未被发现的细节。根据Segev的说法，这种光束可以通过改变撞击光束原子的图像，在某些表面上给我们提供更多的信息。

这一研究发表在《科学》杂志上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2451