科学家用原子完成了不可能的事

本公告解决了实验性能方面长期存在的挑战。 这项新研究使用原子和单原子厚（约 10^-10m）的石墨烯片来重现粒子衍射——一种经典的量子现象。这一发现可能为先进技术开辟新途径，包括高灵敏度引力波探测器。

插图照片：Adobe.

故事开始于 1927 年，当时物理学家乔治·佩吉特·汤姆森 (George Paget Thomson) 发现电子穿过晶格时会产生衍射图案，这是它们表现得像波的迹象。这一发现不仅为汤姆森赢得了诺贝尔奖，而且推动了电子显微镜的发展。近一个世纪以来，科学家们一直试图用原子重现这种衍射效应，但由于晶格设计要求和距离太远，遇到了许多困难。

最大的挑战之一是由于n个原子而使用原子晶格实验所需的高能量预计会损坏晶体。然而，德国航空航天中心的研究团队已经克服了这一障碍。他们成功地将高能氦原子和氢原子引导到石墨烯片中，暴露100小时后，石墨烯没有损坏，并记录了圆形衍射图。

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这一成功标志着首次通过晶格进行原子衍射。秘密在于原子如何与石墨烯交换能量而不改变其量子波特性。英国剑桥大学研究员比尔·艾利森将这种现象比作在拥挤的房间里打开和关上门而没有人注意到。

这一发现可能会导致高灵敏度原子干涉仪的发展，该干涉仪能够探测现有技术无法探测到的引力波。科学家对其潜在应用持乐观态度原子衍射是量子研究向前迈出的大胆一步。这一成就不仅重新定义了量子力学的可能性，而且凸显了科学不断变化的本质，看似难以克服的挑战推动着塑造未来的创新。