物理学者は、分子のパリティ違反を検出する方法を発見しました

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ビデオ: 高校物理 電気回路の対称性 (センター試験) 2022, 十一月
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分子のパリティ違反の影響を登録できる実験装置の概略図

科学者たちは、分子の空間パリティ違反の影響を記録する方法を開発しました。実験の理論計算とシミュレーションは、既存のデバイスの感度がそのような測定に十分であることを示しました。この作品は、Physical ReviewResearch誌に掲載されました。

現代の概念によれば、4つの基本的な相互作用のうち3つは空間対称性を持っています。対応する力の作用下でシステムを記述する方程式は、すべての空間座標の符号が反対の符号に置き換えられても変化しません。言い換えれば、最初の実験で実際のシステムの鏡映を追跡し、2番目の実験で実際にそのすべての部品の位置を表示して新しいシステムを追跡する場合、観測結果に違いはありません。このタイプの対称性は、特別な量の保存則、つまり空間パリティに対応します。

同時に、4番目の弱い相互作用には反対の特性があります。弱い力の影響下にある実際のマップされたシステムは、元のシステムの反射と同じようには発達しません。つまり、パリティは保持されません。 。このような現象の根底にあるメカニズムを理解するには、理論的予測をテストし、新しいモデルを構築するための実験データが必要です。特に、分子(弱い力の特徴的な範囲と比較して)のパリティ違反の影響は、エネルギー状態の複雑なセットを持つことが多いため、非常に興味深いものです。物理学者はすでにそのような現象の理論的記述を開発しました、しかし、実験で分子レベルでパリティ違反を登録することはまだ可能ではありません。

ドイツのヘルムホルツ重イオン研究センターのジョン・ブランチャードが率いるドイツ、米国、ロシアの物理学者は、分子のパリティ違反の可能性のある兆候の1つを分析し、この効果を登録する独自の方法を提案しました。考慮されているシナリオでは、空間的な非対称性は、原子核のペア間の相互作用に影響を与えます。これは、スピンの相互配向によって引き起こされます。後者は、順番に、物質の磁気特性に関連付けられています-これにより、それの磁場特性の変化から望ましい効果を登録することが可能です。

科学者たちは、理論的考察に基づいて、交流電場の影響下で2つのスピンの向きがどのように変化するかを決定しました。次に、著者は、化合物1H19Fのコンピューターシミュレーションを実行しました。そのような場の作用領域に、(核の磁気モーメントの方向に人工的に作成された順序で)分極したサンプルがあると仮定します。物質。

外部磁場の特定の周波数範囲では、サンプル内の原子核のスピンが、弱い磁場を生成し始めるように整列していることが判明しました。これは、一度に2つのプロセスが原因であり、そのうちの1つだけがパリティ違反に関連付けられています。この場合、パリティ違反メカニズムに対応する出現磁場の成分は、別の現象によって引き起こされる成分よりも10万倍弱い(10–16対10–11テスラ)。実際の実験では、この状況は、測定された磁気擾乱が偶発的なものの背景に対して見えなくなるという事実につながる可能性がありますが、著者はそのような問題を回避する方法を見つけました。彼らは、求められている信号が電界振動の位相によって変化することを発見しました。後者の方向を変更すると、磁場の弱い成分の方向も変化しますが、強い成分は同じままです。したがって、電界の反対方向で繰り返し実験を行うと、弱い信号を干渉から効果的に分離できます。

計算の結果、研究者たちは、今日利用可能な磁力計の感度が、パリティ違反の影響を記録するのに十分であることを発見しました。このような実験に必要な時間は数時間です。この間、蓄積された信号のレベルはノイズレベルを超えている必要があります。これにより、効果の検出を確認できます。さらに、提案された方法は、1H19Fのような二原子分子だけでなく、より複雑な化合物の研究にも同じアプローチを使用できます。同時に、著者らは、実際の実験の過程で、サンプルの初期磁化、調整に関連する多くの系統的エラーの出現の可能性を考慮する必要があると警告しています。電界周波数と磁界が測定される方向の選択。

今日、物理学者は原子系における他の非標準的な効果を積極的に探しています。先月だけで、さらに2つの同様の実験の実施について話しました。科学者は、原子と分子の間に制御された量子もつれを作成し、短命の放射性化合物のレーザー分光法を実行することに成功しました。

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