核电共振:实验室天线爆炸导致一个诺奖级的发现!

将近60年前,诺贝尔奖获得者物理学家尼古拉·布隆伯格根(Nicolaas Bloembergen)预言了一种令人兴奋的现象,即核电共振。但是直到最近,还没有人能够在证实。

核电共振
核电共振

刚刚,由于设备故障,澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)的实验室中偶然发现了核电共振的证据。这一突破性的发现使科学家对原子核的控制力升高了一个维度,并可能极大地促进量子计算机的发展。

核电共振的核心思想是,用电场而非磁场来控制单个原子的自旋。这意味着可以对原子核的进行更精确的操作,和更微型的实验装置,会在各个领域产生深远的影响。

新南威尔士大学的量子物理学家安德里亚·莫雷洛说:“这一发现意味着我们现在有了一条使用单原子自旋来构建量子计算机的途径,无需任何振荡磁场。此外,我们可以将这些原子核用作电场和磁场的精确传感器,回答量子科学中的基本问题。”

在某些情况下,核共振有可能取代核磁共振,而核磁共振如今早已是应用广泛的技术:人体扫描,鉴别化学元素,分析地质形成物等。

磁性选件的问题在于,它需要强大的电流,较大的线圈和空间——请回忆一下医院里的fMRI扫描仪的规格。

不仅如此,在某些方面它也不够精确。如果您想控制单个原子核(也许是用于量子计算,或者是非常小的传感器),那么核磁共振并不是一件趁手的工具。

莫雷洛说:“磁共振就像通过抬起并摇动整张台球桌来移动台上的特定球一样。目标球确实会动,但其他所有球也一样。电共振就像是给你一根台球杆。”

在一次核磁共振实验中,新南威尔士大学的研究人员意外看到了布隆伯根于1961年提出的核电共振效应的特征,同时炸毁了仪器的天线。苦苦思索之后外加反复尝试之后,研究人员终于意识到,炸掉设备恰好是成功的关键!就是因为那个天线才导致核电共振效应无法实现。

通过随后的计算机建模,研究团队证明电场可从根本上影响原子核,使原子核周围的原子键变形并使原子重新定向。

既然科学家知道核电共振的机制,他们就能想出应用它的手段。更重要的是,我们又有了一例因偶然导致的重大科学发现。

该研究已发表在《自然》上。

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