超冷电子中首次观测到E8对称.docx

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1、超冷电子中首次观测到E8对称作为一种不同寻常的对称形式，E8对称被一些物理学家认为是万有理论的根底。不过，之前人们从未在现实世界中直接或间接地观测到这种对称。在最新一期的？科学？杂志上，由英国牛津大学科学家领导的国际研究小组发表报告说，他们首次在固体材料中发现了E8对称。物理学家声称，把一维自旋链冷却到接近绝对零度，并在自旋垂直方向施加一个特殊磁场，此时观测到的自旋配置谱（准粒子）就可以用8维对称群来加以描述。此项实验工作也证实了长期以来对零磁场谱的推测。1988年，俄罗斯物理学家亚历山大扎莫罗德奇科夫指出，在特定条件下，一维伊辛IsingJ铁磁体中出现的自旋激发态谱可以用E8来描述。自旋链中

2、的每个自旋只能与其最近的两个电子自旋发生相互作用。在临界温度之下，相邻的自旋趋于与自旋链的两个方向之一上或下相垂直。在电子自旋垂直方向上施加磁场，会促使一些电子自旋自发地发生翻转向上或向下，并影响临近电子自旋的翻转。这种自旋链的翻转就像一个粒子在传播，因此这种粒子被称为准粒子。英国牛津大学的拉杜库尔地和德国亥姆霍兹中心、英国布里斯托尔大学，卢瑟福阿普尔顿实验室的同事们对这些准粒子携带的能量进行了测量。他们把锯酸钻样品冷却到40毫开尔文，通过向其发射中子激发出准粒子。通过散射中子的自旋和能量相对于入射光子束的改变量就能计算出准粒子的能量。此次实验在零磁场条件下测到了5个准粒子。科学家们利用30年

3、前石溪大学巴里麦考伊和吴大峻等提出的方程进行了理论解释。拉杜及其同事还在施加磁场的条件下重复了上面的实验。当磁场强度增加到5.5特斯拉的量子临界值时，首次探测到的两个准粒子的能量比接近1.618,这个数字正好等于黄金分割率，与E8理论描述的准粒子相符。E8理论本身预言能观测到8个准粒子，但遗憾的是因为实验条件所限，此次实验仅能观测到能量最低的两个准粒子。麦考伊认为，很难利用中子观测到更高能量的准粒子，因为其能量与涉及两个或两个以上准粒子连续散射所主导的区域相重叠。拉杜表示，在锯酸钻实验中观测到的共振态，使人们得以首次观测到发生在量子世界中的复杂的对称性。此结果说明，类似“隐藏着的对称性也许同样主导着其他材料在接近量子临界点此时电子会根据量子强相互作用规那么进行组织时的物理特性。