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漫画 |啊,五体,你比《三体》多两体

Sheldon  · 公众号  ·  · 2021-02-22 20:00

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这是Sheldon的第141篇漫画,所有图片大约 7.6MB。

已发表于中国科学院近代物理所公众号





作者: Sheldon
绘制: 濛琪、Mirror
排版: 伟俊、Mirror
美指 牛猫
鸣谢:
中科院近代物理研究所
原子物理中心
原子分子结构和动力学室




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注:

1. 氦原子明明是由三部分组成的(一个氦原子核 + 两个核外电子)。为什么在这个实验中,我们要把它看作两部分,一部分是氦离子(氦原子核 + 一个核外电子),另一部分是其中一个核外电子呢?因为在这个实验中,碰撞产生的能量很有限,仅仅能从氦原子中激发出一个电子,使氦原子电离成两个部分。所以,为了简单起见,我们就把它看作是由两部分组成的集合体。


2. 在真实的实验过程中,氦原子是静止不动的。物理学家会将氢分子离子加速到很高的速度,然后撞击氦原子。由于它们的运动不是绝对的,而是相对的,所以,我们可以把这个过程看作是氦原子和氢分子离子发生了对撞,也就是漫画里描述的样子。


3. 量子五体实验产生的条纹,并不能直接在屏幕上观察到。我们要将所接收到的电子按照水平方向的速度(动量)v . s. 垂直方向的速度(动量)画成一张图表后,才能看到明显的条纹。而且,如果物理学家把“双缝”(氢分子离子)的间距加大,条纹的间距也会跟着变化。



4. 氢分子离子被氦原子碰撞后,有很大概率会从能量最低的状态,跃迁到能量第二低的激发态。在第一个状态中,电子在两个氢原子核周围的“波动”的节拍(相位)是同步的,叫作偶宇称状态。在第二个状态中,电子在两个氢原子核周围的“波动”的节拍(相位)是相反的,叫作奇宇称状态。


5. 物理学家是如何把实验数据分成两份的呢?严格地说,他们并没有把数据分成两份,而是考虑了两种极端情况。


第一种极端情况是, 第一个子过程 发生的概率很大,而第二个子过程发生的概率很小。在这种情况下,碰撞后得到的电子动量p_el 会小于 2倍的氦离子动量p_rec ( p _el < 2 p _ rec )。物理学家用这种条件对实验数据进行筛选,就得到了主要由第一个子过程产生的干涉条纹。


第二种极端情况是, 第一个子过程 发生的概率很小,而第二个子过程发生的概率很大。 在这种情况下, 碰撞后得到的电子动量 p _el 会大 2倍的氦离子 动量 p _ rec p _el > 2 p _ rec 。物理 学家 用这种条件对实验数据进行筛选,就得到了主要由第二个子过程产生的干涉条纹



参考文献:

1. Zhang S F, Fischer D, Schulz M, et al. Two-Center Interferences in Dielectronic Transitions in H 2++ He Collisions[J]. Physical Review Letters, 2014, 112(2): 023201.

2. 郭大龙, 马新文, 冯文天, 等. 反应显微成像谱仪动量及能量分辨因素分析[J]. 物理学报, 2011, 60(11): 236-244.










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