##用介子替换电子，新的氦原子诞生了很烧脑的文章，敢挑战吗？
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一个离子（此处显示一个橙色和一个蓝色粒子 ， 表示夸克和反夸克）替换了氦原子中的两个电子之一 。
用含有奇异粒子的人造原子代替电子的能力 ， 为物理学家探索基本相互作用提供了新的途径 。现在 ， 研究人员创造并发现了一种新型的氦原子 ， 其中一个电子被一种称为介子的亚原子粒子所取代 。这项工作可以阐明介子和中微子的本质——对于这些微小的中性粒子 ， 包括质量在内的某些属性仍然知之甚少 。
在之前用来制造这些不寻常原子的粒子中 ， 有一种是 μ 介子 ， 它的质量大约是电子的200倍 ， 但在其他方面具有相同的性质 。2010年 ， 马克斯·普朗克量子光学研究所的兰道夫·泼勒和他的同事们对μ氢进行了光谱测量 。他们测量得到的数据意义重大 ， 计算出的质子电荷半径的值与当时公认的值完全不一致 。这使得其他研究小组不得不想尽办法试图解决这种不一致 。
创造含有微磁子的原子更加困难 。介子是介子 ， 意味着它们由一个结合夸克和反夸克组成 。当以高速射入致密目标时 ， 它们中的一些会形成原子 。但是它们也产生了大量的背景粒子 ， 这使得很难分辨出原子 。更重要的是 ， 介子原子 ， 就像介子本身一样 ， 寿命很短 ， 这使得用激光束激发它们并测量它们的内部跃迁频率变得困难 。长寿命原子
同样来自MPQ的Masaki Hori和他的同事们现在已经通过创造相对长寿命的氦原子来克服这一障碍 。在瑞士保罗·谢勒研究院的一个实验中 ， 他们使用一束强质子束在碳靶中产生负介子 ， 然后将介子与超流体氦-4原子相撞 。
大多数入射的介子直接撞击氦原子核 ， 使得氦在大约一皮秒(10的负12次方秒)内分裂成一个质子、中子和氘核 。但是大约有2%的氦原子移动了氦原子的两个电子中的一个 ， 进入了围绕原子核的弱束缚轨道 。束缚介子将这个轨道维持几纳秒(10的负9次方秒) ， 因为它们受到保护 ， 不受剩下的电子和极冷的靶子与其他原子的热碰撞的影响 ， 后者保持在绝对零度以上几度 。
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离子氦原子最终会分裂并产生裂变产物 ， 这些裂变产物可以被放置在目标周围的探测器探测到 。问题是这些裂变产物发出的信号被剩余98% 的介子发出的核子信号淹没了 。由于加速器腔的50mhz 频率 ， 这些介子每20纳秒产生一次脉冲 ， 它们在探测器计数中产生大的峰值 。相反 ， 亚稳态的自发衰变产生了不可观测的光滑背景 。转换频率测量
这就是激光光谱学的用武之地 。正如他们在《自然》杂志上报道的那样 ， Hori 和他的同事们用介子光束同步了一个红外激光器 ， 这样它就可以在每个连续的微磁子脉冲之间发射一个0.8纳秒长的光脉冲 。这导致它们各自核子中的一些介子掉落到较低的轨道 ， 并且在撞击原子核之前将剩余的电子弹射出去 ， 它们在几皮秒内就这样做了 。尽管这个过程每小时在背景上方只产生三个螺旋原子 ， 但这足以在探测器计数中记录一个显著的峰值 。
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【##用介子替换电子，新的氦原子诞生了很烧脑的文章，敢挑战吗？】通过扫描激光束的频率 ， 研究人员确定他们正在研究的转变发生在183760 GHz 。他们指出 ， 这种测量的准确性受到许多与氦原子碰撞的限制 ， 每一次碰撞都会使频率略有偏移 ， 以及他们使用的宽泛但易于识别的原子共振 。他们希望最终利用他们的实验设定一个新的、更精确的负介子质量值 ， 并提出细化目标和用更窄的线宽研究原子跃迁 。提高质量精度
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