超高精度实验证实光子是玻色子_树华

http : w ww .w uli .ac .cn 物理·40卷(2011年)2期

温度的变化关系,其中ΔF N ,S (T )=F N (0,T )-F S (0,T )=H 2c (T )8π,可以通过积分零场下正常态和超导

态之间的熵差来得到,H c 为热力学临界场.过掺杂和欠掺杂的ΔF N ,S (T )表现出不同的行为,随着温度的降低,过掺杂样品的ΔF N ,S (T )的增加要比欠掺杂的快.如果把它们延长至零温,我们就可以得到凝聚能U (0),x =0.79的样品的凝聚能U (0)～2500mJ /g at ,是x =0.48样品的6倍.图5(b )是U (0)/T c 2和氧含量的关系图.对过掺杂区(x >0.79),U (0)/T c 2

基本不随氧含量的变化而变化,但是随x 的减小,U (0)/T c 2

迅速减小,最佳掺杂时的U (0)/T c 2

为过掺杂时的一半.U (0)随x 的突然减小是由于在这些样品中存在正常态的赝能隙,而开始出现赝能隙的氧含量正是0.79附近,即临界载流子浓度p crit =0.19.

4　结束语

比热是重要的热力学量.它的测量可以确定固体的Debye 温度、电子态密度、热激发谱和超导体

的能隙等.但要测量微小的比热变化以及宽温区的电子比热,普通的测量方法遇到了困难.差分比热实

验方法是测量两个样品的比热差,具有高达10-4的比热测量分辨率,比普通的测量方法高近两个量级,使得测量相变时微小的比热变化及宽温区的电子比热成为可能.本文介绍了高分辨连续升温差分比热实验的测量原理和测量方法及其在高温超导体研究中的应用.

参考文献

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超高精度实验证实光子是玻色子

美国的物理学家对现代物理学的基石———两种基本粒子(玻色子和费米子)遵从两种截然不同的统计行为这一原理,进行了一项极精确的检验.利用激光的实验证实光子遵从玻色-爱因斯坦统计.与以前的实验相比,这一结果使光子实际上是费米子的可能性减少了1000倍.

物理学告诉我们,基本粒子分成两种基本类别:自旋值为整数的玻色子和自旋值为半整数的费米子.玻色子包括携带作用力的粒子如光子、W 和Z 粒子,遵从玻色-爱因斯坦统计.由此产生的一个重要的结果是,许多相同的玻色子可以占据相同的量子态,导致玻色-爱因斯坦凝聚和产生激光等现象.

费米子包括基本的物质粒子,如夸克和电子,遵从费米-狄拉克统计.相同的费米子不能处于相同的量子态,导致原子的壳层结构及其化学性质的周期性变化.

整数自旋粒子遵从玻色-爱因斯坦统计而半整数粒子遵从费米-狄拉克统计,这一原理可以用量子场论的数学加以证明.但是某些物理学家,包括已故的费曼,被一个事实所困扰,即上述原理并没有简单的解释,而是建立在许多假设的基础上的,其中有些假设是说明了的,而有些则是暗含的.的确,有人猜测这些假设在更一般的物理理论中(如弦理论中),可能不成立.

Califor nia 大学Be rkeley 分校的D mitry Budker 和Damo n Eng lish 决定尽可能精确地检验这一所谓的自旋统计定理.他们研究了钡原子的一种特殊的两光子吸收过程,在这过程中,钡原子的总角动量从0变到1.量子力学告诉我们,如果像对于全同的玻色子那样,波函数在交换粒子时是对称的话,那就不可能构建一个总角动量等于1的波函数.换言之,如果光子是玻色子的话,就不可能进行这样一种特殊的具有相同频率的成对的光子吸收过程.

研究人员将两束绿色激光从相反方向射向光学腔中的钡原子束,由两束激光中的各一个光子组成的光子对的能量等于钡原子的吸收能.他们通过测量钡原子吸收光子对之后退激发时发射的光子,发现当这两束激光的能量彼此略有差异时,发生这种吸收现象.但是当这两束激光的频率完全相同时,没有观察到这种吸收现象,证明光子的确是玻色子.

目前在Yale 大学的Budke r 和David DeM ille 曾发表过于他们于1999年进行的类似实验结果,表明光子是玻色子.但是,本文上面介绍的这项新的实验却要精确得多.这是由于改进了实验装置,使得结果的不确定性降低了3个多数量级,结果的精度在90%的置信度上好于1千亿分之4.此工作结果发表在Phy s .Rev .lett .,2010,104:253604

上.

(树华　编译自Phy sics World N ews ,1　July 2010)

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