.Electrifying Exotic Atoms: Pioneering Quantum Electrodynamics Verification
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.Electrifying Exotic Atoms: Pioneering Quantum Electrodynamics Verification
전기를 통하는 이국적인 원자: 선구적인 양자 전기역학 검증
주제:카블리 연구소입자 물리학양자 역학 Kavli INSTITUTE FOR THE PHYSICS AND MATHEMATICS OF THE UNIVERSE 2023년 5월 13일 뮤온 원자와 양자 전기 역학 효과 그림 1. 뮤온 원자와 양자 전기역학(QED) 효과를 보여주는 개념도.
국제 연구팀이 이국적인 원자로 강장 양자 전기역학을 검증하기 위한 원리 증명 실험을 성공적으로 수행했습니다. 이 실험은 최첨단 X선 검출기를 사용하여 뮤온 원자에서 방출되는 뮤온 특성 X선의 에너지 스펙트럼을 고정밀 측정하는 방법을 사용했습니다. 신용: 리켄
연구진은 뮤오닉 특성 X선을 고정밀 측정할 수 있는 최첨단 X선 검출기를 이용해 이색 원자로 강장 양자전기역학을 검증하는 실험을 성공적으로 수행했다. 이 돌파구는 강한 전기장 하에서 근본적인 물리 법칙을 검증하고 다양한 연구 분야를 발전시키는 길을 열어줍니다. Kavli IPMU(Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Kavli IPMU)를 포함한 국제 연구자들과의 공동 연구는 이국적인 원자 [5] 로 강장 양자 전기역학 [4]을 검증하는 원리 증명 실험에 성공했습니다 . 최첨단 X선 검출기를 사용하여 뮤온 원자 [2] 에서 방출되는 뮤온 특성 X선[1]의 에너지 스펙트럼을 고정밀 측정하여 Physical Review Letters 에 새로운 연구를 보고합니다 .
-이 그룹의 결과는 인류가 아직 인공적으로 만들 수 없었던 강력한 전기장 하에서 근본적인 물리 법칙을 검증하는 데 중요한 단계입니다. 이번 연구에서 입증된 최첨단 양자 기술을 이용한 고효율 및 정확한 X선 에너지 결정 방법은 뮤온 원자를 이용한 비파괴 원소 분석법 등 다양한 연구 분야에 적용될 것으로 기대된다[6 ] . 물리 법칙을 발견하는 것은 항상 과학자들의 꿈이었습니다. 그들은 기존 이론으로는 이해할 수 없는 관찰된 현상을 설명하기 위해 발견되거나 제안되었습니다. 많은 경우에 새로운 물리학의 발견은 새로운 실험 기술의 개발과 향상된 측정 정확도를 필요로 합니다. 가장 정밀하게 테스트된 물리 법칙 이론은 하전 입자와 빛 사이의 미세한 상호 작용을 설명하는 QED(Quantum ElectroDynamics)입니다.
과학자들은 QED가 우리의 물리적 현실을 얼마나 정확하게 설명하는지에 대한 한계를 끊임없이 밀어붙이고 있습니다. 이 논문에서 Takuma Okumura 박사(연구 당시 RIKEN 박사 후 연구원, 현재 도쿄도립 대학 조교수), Toshiyuki Azuma 교수(RIKEN 수석 과학자), Dr. Hashimoto Tadashi(Assistant Principal 일본원자력기구(JAEA) 연구원), 동경도립대학 타츠노 히데유키 객원연구원, 릿쿄대학 야마다 신야 부교수, 카스틀러-브로셀 연구소 폴 인데리카토 교수, 카블리 물리·수학연구소 타다유키 타다유키 교수 우주의, 도쿄 대학, KEK 재료 구조 과학 연구소의 Koichiro Shimomura 교수, Chubu 대학의 Shinji Okada 교수는 J-PARC에서 저속 음의 뮤온 빔을 주입했습니다 [7 ]뮤온 네온(Ne) 원자에서 방출되는 특성 X선 에너지를 초전도 TES(Transition-Edge Sensor) [3] 검출기를 사용하여 정밀하게 측정 했습니다 .
TES 검출기의 우수한 에너지 분해능을 최대한 활용하여 1/10,000 미만의 절대 불확실성으로 뮤오닉 특성 X-선의 에너지를 결정했으며, 강한 필드 양자 전기역학에서 진공 분극[8]의 기여도를 확인 했습니다 . 5.8%의 높은 정밀도로 성공적으로 검증되었습니다. TES 검출기는 원래 우주 X선 관찰을 위해 개발되었습니다. Kavli IPMU에서 Takahashi의 현재 프로젝트는 이 탐지기를 사용하여 전례 없는 학제간 연구를 수행하는 것이었습니다. 그의 팀에는 Kavli IPMU 프로젝트 조교수 Shin'ichiro Takeda, 프로젝트 연구원 Miho Katsuragawa 및 뮤온 실험에 참여한 당시 대학원생 Kairi Mine이 포함됩니다.
뮤온 원자를 이용한 실험적 기술에 대한 협업의 시연은 강한 전기장 하에서의 QED 검증 연구에서 큰 도약으로 이어질 것으로 기대된다. 이 연구의 세부 사항은 과학 저널인 Physical Review Letters 에 최근 게재되었습니다 . 배경 QED의 효과는 전기장이 강한 환경에서 더 두드러지지만 이 경우 이론적 계산이 더 어려워집니다. 따라서 강한 전기장 환경은 QED 검증에 매우 중요합니다. 수년 동안 강한 전기장 환경을 구현하기 위한 접근 방식으로 여러 전자가 떨어져 나간 원자인 HCI(고하전 이온)를 사용한 실험이 진행되었습니다. HCI에서 속박된 전자가 느끼는 전기장은 원자 번호가 클수록 강해지며 차폐 효과 [10]많은 전자의 스트리핑에 의해 억제된다.
대형 가속기를 사용하는 HCI 연구는 여전히 활발하게 진행되고 있습니다. 그러나 원자 번호가 큰 HCI의 경우에도 핵의 유한한 크기의 영향을 무시할 수 없습니다. 이 효과가 정확히 알려지지 않아 실험 결과와 이론을 비교하는 QED 검증의 정확도가 크게 떨어진다는 지적이 있다. 연구 방법론 및 결과 HCI와 다른 방식으로 강한 전기장에서 QED를 검증하기 위해 국제 연구 그룹은 전자 대신 핵에 음전하를 띤 입자가 결합된 "이색 원자"에 초점을 맞췄습니다. 다양한 이국적인 원자 중에서 뮤온 원자는 음의 뮤온(전자보다 약 200배 무거운 기본 입자)과 핵으로 구성됩니다. 음의 뮤온은 오늘날 대형 가속기에서 빔으로 추출할 수 있습니다. 뮤온 원자는 결합된 뮤온의 궤도 반경이 결합된 전자의 약 1/200인 궤도 반경으로 핵에 대한 음의 뮤온의 매우 근접성을 특징으로 합니다.
그 결과 뮤온이 느끼는 전기장은 HCI에서 같은 양자 준위의 속박된 전자가 느끼는 전기장보다 약 40,000배 강해 거대한 QED 효과가 발생한다. 또한 핵과의 중첩이 적고 높은 각운동량 양자준위를 차지하는 음의 뮤온을 이용하면 핵의 유한한 크기의 영향을 크게 억제하는 실험을 할 수 있다. 뮤온 원자가 특정 준위에서 더 낮은 준위로 탈여기될 때 방출되는 뮤온 특성 X선의 에너지를 정밀하게 측정함으로써 강한 전기장에서 QED를 검증할 수 있습니다(그림 2).
뮤온 원자와 양자 전기 역학 효과 그림 2. 뮤온 원자와 양자 전기역학(QED) 효과를 보여주는 개념도. 뮤온 원자에서 음의 뮤온(-)은 핵에 결합되어 그 주위를 공전합니다. 양자 전기역학에 따르면 결합된 음의 뮤온은 가상 광자를 반복적으로 방출하고 흡수하면서 궤도 운동을 계속한다(self-energy: SE ). 또한 네온 핵(Ne10+)과 음의 뮤온 사이에는 정전기적 인력이 존재하고, 이 상호작용을 통해 전파되는 광자는 가상 전자-양전자(e±) 쌍의 생성과 소멸을 지속적으로 반복한다(진공 분극화: VP ). 본 연구에서는 음의 뮤온이 낮은 상태로 탈여기될 때 방출되는 뮤온 특성 X선의 에너지를 정밀하게 측정하였다. 크레딧: Okumura et al.
따라서 뮤온 원자는 강력한 필드 QED 검증을 위한 유망한 실험 대상입니다. 그러나 극복해야 할 몇 가지 문제가 있습니다. 가장 큰 것은 많은 수의 뮤온 원자가 고립된 환경에서 준비되어야 한다는 것입니다. 뮤온 원자 근처에 원자나 분자가 존재하면 빠른 전자 이동을 일으키고 뮤온 특성 X선의 에너지를 변경할 수 있습니다. 해결책은 적은 수의 밀도(낮은 압력)를 가진 희석 가스 표적을 사용하는 것이지만 생성된 뮤온 원자의 수와 그에 따른 뮤온 특성 X선의 강도가 감소합니다. 국제 연구 그룹은 세계에서 가장 강력한 저속 뮤온 빔을 사용할 수 있는 이바라키현 도카이무라의 일본 양성자 가속기 연구 단지(J-PARC)에서 실험을 수행했습니다. 희가스 네온( 10 Ne) 원자를 표적으로 하여 0.1 atm의 희석 조건에서 기존 반도체 검출기(FWHM [ 11] : 5.2 eV)보다 한 단계 더 높은 에너지 분해능을 달성하고 성공적으로 측정했습니다.
뮤온 특성 X선(그림 3). 표시된 피크는 주로 6개의 서로 다른 전이로부터의 뮤온 특성 X선의 중첩에 기인하며, 각각의 기여도를 분석하여 뮤온 특성 X선의 에너지를 0.002%의 높은 정확도로 결정했습니다. 뮤온 네온 원자에서 방출되는 방출 뮤온 특성 X-선의 스펙트럼 그림 3. 뮤온 네온 원자에서 방출된 뮤온 특성 X선의 스펙트럼. (a) 네온 가스 목표 압력 0.1atm에서 약 6300eV에 나타나는 뮤온 네온 원자에서 방출된 뮤온 특성 X선. 이 피크는 6가지 다른 전이의 중첩에 의해 형성됩니다. 피크 에너지는 각 기여도에 대해 피팅하여 0.002%의 정확도로 결정되었습니다. (b) 피팅의 잔차(이론적 값과 측정값의 차이). 잔차가 충분히 작아 피팅이 높은 정확도로 수행되었음을 나타냅니다. 크레딧: Okumura et al.
그들은 네온가스 타겟의 압력을 변화시키면서 측정을 반복하였으며(Figure 4) 네온가스 타겟의 압력에 관계없이 뮤오닉 X-선의 에너지가 실험오차 내에서 일정함을 확인하였다. 따라서 뮤온 네온 원자는 고립된 환경에 있었다는 결론을 내릴 수 있습니다. 최신 이론 계산과 실험 결과를 비교하여 실험 오차 내에서 일치함을 확인하였다. 우리는 5.8%의 매우 높은 정확도로 강한 전기장 하에서 진공 분극 효과를 검증하는 데 성공했습니다. 이것은 지금까지 가장 정확한 관측인 다중 전하 우라늄 이온 U 91+ 를 사용하는 강한 필드 QED의 정확도와 비교할 수 있습니다.
네온 가스 압력에 대한 Muonic 특성 X-선 에너지의 의존성 그림 4. 네온 가스 압력에 대한 뮤닉 특성 X선 에너지의 의존성과 최신 이론 계산과의 비교. 네온 가스 타겟의 압력에 대한 뮤온 특성 X선의 에너지가 표시됩니다. 압력에 따른 에너지 변화는 실험 오차 내에서 관찰되지 않았으며 이는 뮤온-네온 원자가 고립된 환경에 있음을 나타냅니다. 정확한 뮤온 특성 X선 에너지 측정은 최신 이론적 계산 결과와 매우 일치합니다. 크레딧: Okumura et al. 네온 가스 타겟의 압력에 대한 뮤온 특성 X선의 에너지가 표시됩니다. 실험 오차 내에서 압력에 따른 에너지 변화가 관찰되지 않았으며 이는 뮤온-네온 원자가 고립된 환경에 있음을 나타냅니다. 정확한 뮤온 특성 X선 에너지 측정은 최신 이론적 계산 결과와 매우 일치합니다.
https://scitechdaily.com/electrifying-exotic-atoms-pioneering-quantum-electrodynamics-verification/
-머스크의 ‘희토류 제로’ 선언… 모두가 불가능하다는데[홀리테크]
네오디뮴 대신 페라이트 사용할 듯, 배경은 악화하는 희토류 공급망
https://www.chosun.com/economy/tech_it/2023/05/11/QMM2FVC76FEQ7PBSHUI2ZYXODQ/?fbclid=IwAR3ZhKgmifSxcHWc2GV0DF01az0nhgj70MxmYAKzPc6xPelPVV76l6YxDOY
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메모 230514-0529 나의 사고실험 oms 스토리텔링
전기를 통하는 이국적인 원자: 선구적인 양자 전기역학 검증했다. 일론 머스크는 희금속없는 새로운 밧데리를 소개할 모양이다. 휩지는 않겠지만 상업성은 새로운 발견이나 획기적인 아이디어가 나타난다.
- The group's results are an important step toward validating fundamental physical laws under powerful electric fields that humanity has not yet been able to artificially create. The high-efficiency and accurate X-ray energy determination method using state-of-the-art quantum technology demonstrated in this study is expected to be applied to various research fields such as non-destructive elemental analysis using muon atoms [6]. Discovering the laws of physics has always been a scientist's dream. They are discovered or proposed to explain observed phenomena that cannot be understood by existing theories. In many cases new physics discoveries require the development of new experimental techniques and improved measurement accuracy. The most rigorously tested theory of physical laws is Quantum ElectroDynamics (QED), which describes the minute interactions between charged particles and light.
- Musk’s ‘rare earth zero’ declaration… Everyone says it's impossible [Holy Tech]
Ferrite likely to be used instead of neodymium, background worsening rare earth supply chain
https://www.chosun.com/economy/tech_it/2023/05/11/QMM2FVC76FEQ7PBSHUI2ZYXODQ/?fbclid=IwAR3ZhKgmifSxcHWc2GV0DF01az0nhgj70MxmYAKzPc6xPelPVV76l6YxDOY
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memo 230514-0529 my thought experiment oms storytelling
Exotic atoms that conduct electricity: Pioneering quantum electrodynamics verified. Elon Musk seems to introduce a new battery without rare metals. It won't be swept away, but commerce comes with new discoveries or groundbreaking ideas.
Samplea.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
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0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
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q0000000000
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0000000000q
0q000000000
000q0000000
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0000000q000
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Samplec.oss (standard)
zxdxybzyz
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zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
.New material facilitates search for room-temperature superconductivity
상온 초전도성 탐색을 용이하게 하는 신물질
Skolkovo 과학 기술 연구소 P6 3 /mmc-(La,Ce)H 9-10 의 구조 모델 . 크레딧: 네이처 커뮤니케이션즈 (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38254-6
길림 대학, 고압 과학 기술 첨단 연구 센터, Skoltech의 과학자들은 상온에 가까운 초전도 연구를 용이하게 할 수 있는 물질인 란타늄-세륨 폴리하이드라이드를 합성했습니다. 필요한 냉각 및 압력의 측면에서 란탄과 세륨의 폴리하이드라이드 사이에서 절충안을 제공합니다. 이것은 더 쉬운 실험을 가능하게 하며, 언젠가는 과학자들이 주변 조건에서 제로 저항으로 전기를 전도하는 화합물을 개발하도록 이끌 것입니다. 이 연구는 Nature Communications 에 게재되었습니다 .
현대 물리학에서 가장 흥미로운 미해결 질문 중 하나는 상온 및 대기압 에서 제로 저항(초전도)으로 전기를 전도하는 물질을 만들 수 있습니까 ? 이러한 초전도체는 전례 없는 효율성을 갖춘 전력망, 초고속 마이크로칩, 열차를 공중에 띄우거나 핵융합로를 제어할 수 있는 강력한 전자석을 가능하게 합니다. 그들의 검색에서 과학자들은 여러 등급의 물질을 조사하고 있으며, 초전도 온도를 서서히 높이고 안정을 유지하는 데 필요한 압력을 감소시키고 있습니다. 이러한 물질 그룹 중 하나는 수소 함량이 매우 높은 화합물인 폴리하이드라이드입니다.
-23°C에서 고온 초전도성 의 현재 챔피언은 공식 LaH 10 을 갖는 란타늄 폴리하이드라이드입니다 . 단점: 150만 기압의 압력이 필요합니다. 스펙트럼의 반대쪽 끝에 있는 큐프레이트는 정상 대기압에서 초전도를 나타내지만 -140° 이하의 더 낮은 온도를 필요로 하는 물질 종류입니다. 이제 Skoltech 연구원들과 그들의 중국 동료들은 폴리하이드라이드 초전도체의 압력 요구 사항을 완화하는 데 성공했습니다.
이를 위해 팀은 혼합물에 약간의 세륨을 추가하여 란탄-수소 시스템을 조정했습니다. 물리적으로 그것은 란타늄-세륨 합금을 만들고 분해될 때 많은 수소를 방출하는 물질인 암모니아 보란과 함께 고압 셀에서 가열하는 것을 의미했습니다. 란타넘과 세륨은 유사한 화합물을 형성하고 종종 서로 대체될 수 있는 두 개의 매우 유사한 원자입니다. 그러나, 다수화물 LaH 10 및 CeH 10 뿐만 아니라 CeH 9 에 대해서도 초전도성이 보고된 반면 , 이에 상응하는 LaH 9 상은 실험자들에게 거의 나타나지 않았다. 과학자들은 가설을 시험하기로 결정했습니다.
세륨과 같은 적절하게 선택된 첨가제를 보충하여 LaH 9를 안정화하는 것이 가능해야 합니다. 단, 이것이 원래 재료의 구조를 변경한다면 말입니다. 그리고 그것은 효과가 있었습니다. "매우 높은 압력은 순수한 란탄과 수소를 LaH 10 구조로 밀어 넣습니다. 그러나 란탄 원자 4개 중 대략 1개를 세륨으로 대체하면 CeH 9 에서 볼 수 있는 배열로 구조가 재구성됩니다 . 그런 의미에서 세 번째 원소의 도입은 순수한 재료가 가정했을 구조를 변경하고 이 첨가제는 안정성에 기여합니다: LaH 10 에 필요한 150만 기압과 비교, 우리의 란탄-세륨 폴리하이드라이드는 단지 100만 기압에서 안정합니다.
이것은 세륨 폴리하이드라이드가 요구하는 것과 거의 동일한 압력이지만, 새로운 초전도체는 -97°C에서 작동하는 반면, 이들은 -158°C 미만에서만 초전도성을 나타냅니다. 따라서 그것은 좋은 절충안이지만 더 중요한 것은 우리의 추론이 옳다는 확신을 준다는 것입니다. 얼마 전까지만 해도 폴리하이드라이드에서와 같은 소위 기존의 초전도성이 -230°C 이상의 온도에서 존재할 수 있는지 의심하는 분야에서 많은 사람들이 의심했습니다. 신뢰할 수 있고 체계적인 방법으로 초전도체를 발견하고 개선할 수 있습니다. 그래서 그는 일반적으로 폴리하이드라이드가 대기압(자기부상열차 또는 무손실 전력망과 같은 대규모 응용 분야에 필요한 조건 ) 에서 초전도로 만들어지는 일은 거의 없을 것이라고 생각 하지만, 그들의 연구가 초전도에 대한 통찰력을 제공한다고 말합니다. 다른 재료를 사용하여 궁극적인 목표를 달성하는 데 더 가까워졌습니다.
"다수소화물은 압력을 받는 근본적인 초전도체 연구를 위한 Eldorado입니다."라고 Oganov는 말합니다. "그리고 우리의 새로운 화합물을 합성함으로써 우리는 이 탐구에 유용한 도구와 트릭을 테스트하고 개선했으며 추가 연구를 위한 편리한 재료를 제공했습니다." "이 작업은 두 가지 주요 실험에서도 흥미롭습니다. 수소화물에 대한 상위 임계 필드의 가능한 이방성을 보여줍니다. 즉, 자기장의 방향에 대한 임계 온도의 의존성입니다. 또한 압력이 감소함에 따라 , 유사갭 단계는 폴리하이드라이드에서 나타납니다."
연구 공동 저자이자 Skoltech Ph.D. alumnus Dmitrii Semenok은 두 가지 특성이 모두 cuprate 초전도체 의 특징이라고 덧붙였습니다 . "따라서 면밀한 검사에서 폴리하이드라이드는 초전도성의 다른 메커니즘에도 불구하고 큐프레이트와 매우 유사한 것으로 판명되었습니다." 현재 폴리하이드라이드 연구가 이끄는 다른 유망한 화합물에 대한 질문에 연구원들은 칼슘, 이트륨, 란탄 및 마그네슘의 수소화물 및 보로하이드라이드가 현시점에서 연구 관심을 가질 만하다고 응답했습니다.
추가 정보: Wuhao Chen 외, 적당한 압력에서 La–Ce–H 시스템의 초전도 특성 향상, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38254-6 저널 정보: Nature Communications Skolkovo 과학 기술 연구소 제공
https://phys.org/news/2023-05-material-room-temperature-superconductivity.html
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