Độ chính xác phá kỷ lục thế giới gần 30-năm! Các nhà khoa học quan sát điện tử học spin bằng tiêu điểm laser

Các nhà khoa học gần đây đã đạt được mức độ chi tiết chưa từng có trong việc quan sát các electron trong các thí nghiệm chính xác nhờ vào nghiên cứu đổi mới sử dụng công nghệ lấy nét bằng laser.
Gần đây, các nhà vật lý hạt nhân tại Cơ sở Máy gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã đạt được một bước đột phá lớn: họ đã thành công trong việc phá kỷ lục thế giới về các phép đo spin song song bên trong chùm tia điện tử (gọi là phép đo phân cực chùm tia điện tử) trong gần 30 năm.
Thành tựu quan trọng này cung cấp nền tảng vững chắc cho một loạt các thí nghiệm nổi bật tại Phòng thí nghiệm Jefferson hứa hẹn sẽ dẫn đến những khám phá mới quan trọng trong vật lý.
Trong số mới nhất của tạp chí Physical Review C, các nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Jefferson, phối hợp với những người sử dụng khoa học, báo cáo các phép đo của họ. Những kết quả này chính xác hơn các phép đo chuẩn thu được từ thí nghiệm Máy dò lớn SLAC (SLD) được tiến hành ở 1994-1995 tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC ở Menlo Park, California.
Dave Gaskell, nhà vật lý hạt nhân thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Jefferson và đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Chưa ai có thể đo được độ phân cực của chùm tia điện tử một cách chính xác đến vậy trong bất kỳ phòng thí nghiệm nào ở bất kỳ đâu trên thế giới. Đây không phải là chuẩn mực”. chỉ dành cho phương pháp phân cực Compton mà còn dành cho bất kỳ kỹ thuật đo phân cực electron nào."
Phương pháp phân cực Compton là phương pháp đo độ phân cực của chùm electron bằng cách phát hiện các photon (các hạt ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt tích điện như electron). Hiện tượng tán xạ này, được gọi là hiệu ứng Compton, có thể được nhận ra bằng sự va chạm giữa tia laser và chùm tia điện tử.
Cả electron và photon đều có một tính chất gọi là spin, tính chất mà các nhà vật lý sử dụng xung lượng góc để mô tả. Spin là một tính chất vốn có của các hạt như electron, tương tự như khối lượng hoặc điện tích. Khi các hạt quay theo cùng một hướng trong một khoảng thời gian nhất định, đại lượng này được gọi là độ phân cực. Điều quan trọng đối với các nhà vật lý là phải hiểu được tính chất trung tâm của sự phân cực này trong việc khám phá vật chất ở quy mô nhỏ nhất.
Mark Macrae Dalton, một nhà vật lý khác tại Phòng thí nghiệm Jefferson và đồng tác giả của bài báo, so sánh nó một cách sinh động: "Hãy coi chùm tia điện tử như một công cụ bạn sử dụng để đo lường mọi thứ, giống như một chiếc thước kẻ. Thước đo này tính bằng inch hay milimet? Bạn Phải hiểu cái thước này thì mới hiểu được bất kỳ phép đo nào. Nếu không, bạn không thể đo được gì cả”.
Các nhà khoa học đã đạt được độ chính xác cực cao trong Thí nghiệm bán kính canxi (CREX) bằng cách tiến hành Thí nghiệm bán kính chì (PREX-II) song song với Thí nghiệm bán kính canxi (CREX) để thăm dò hạt nhân của các nguyên tử nặng trung bình và nguyên tử nặng để hiểu rõ cấu trúc "da neutron" của chúng.
Cuối cùng, trong Thí nghiệm bán kính canxi (CREX), họ liên tục đo độ phân cực của chùm electron bằng phương pháp phân cực Compton với độ chính xác {{0}},36%. Con số này vượt quá mức 0,5% được báo cáo trong thử nghiệm SLAC SLD.
Bằng cách phá kỷ lục thế giới về độ chính xác và khám phá sâu về điện tử học spin, các nhà khoa học đã mang lại những đột phá và khả năng mới cho lĩnh vực vật lý. Nghiên cứu đổi mới này không chỉ chứng minh tiềm năng mạnh mẽ của công nghệ lấy nét bằng laser mà còn đặt nền tảng vững chắc cho các thí nghiệm và khám phá trong tương lai.