.Nuclear Decay Detected in the Recoil of a Levitating Bead

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.Nuclear Decay Detected in the Recoil of a Levitating Bead

공중에 떠 있는 구슬의 반동에서 핵 붕괴가 감지됨

그림 설명

트레이시 노섭 인스브루크 대학교 실험물리학과, 인스브루크, 오스트리아 2024년 7월 8일• 물리학 17, 107 공중에 떠 있는 미립자는 그 안에 있는 원자핵이 붕괴할 때 튕겨 나오는 현상이 관찰되었으며, 이를 통해 앞으로 보이지 않는 붕괴 생성물을 탐색할 수 있는 길이 열렸습니다.

그림 설명 그림 확대 APS/ 앨런 스톤브레이커 그림 1: 연구자들은 광학 트랩에 보관된 미세구에서 핵 붕괴를 감지했습니다. 감지는 두 가지 측정 방식에 의존했습니다. 하나는 알파 입자가 빠져나와 미세구에 반동을 기록하는 위치 감지기이고, 다른 하나는 미세구의 전하 변화를 기록하는 전극 세트입니다.

수세기 동안 물리학자들은 당구공 충돌부터 은하 형성, 가속기에서의 아원자 입자 생성까지 동적 과정을 분석하는 강력한 수단으로 운동량 보존을 활용해 왔습니다.예일 대학의 데이비드 무어와 그의 연구팀은 이제 이 접근 방식을 새로운 환경에서 적용했습니다. 그들은 운동량 보존을 사용하여 방사성 원자가 알파 입자라고 알려진 단일 헬륨 핵을 방출하는 시점을 확인했습니다(그림 1 ) [ 1 ].이 시연은 추가적인 개선을 통해 연구자들이 이 기술을 사용하여 중성미자 및 가상의 암흑 물질 입자와 같은 다른 핵 붕괴 생성물을 감지할 수 있을 것이라고 시사합니다(또한 특별 기능: 먼지 한 점에 대한 핵 발차기 감지 참조 ). 기본적인 아이디어는 간단합니다.

방사성 원자가 더 큰 물체에 묻혀 있다면, 나가는 붕괴 생성물이 그 물체에 역반응을 일으켜 반대 방향으로 반동하게 합니다. 하지만 헬륨 핵만큼 작은 입자에서 반동을 감지하는 것이 정말 가능할까요? 답은 얼마나 정확하게 더 큰 물체의 운동량을 측정할 수 있느냐에 달려 있습니다. 주요 한계 중 하나는 마찰입니다. 마찰력에 의해 더 큰 물체가 느려지면 그 운동은 붕괴하는 입자의 충격을 반영하지 못합니다.

Moore와 그의 팀은 더 큰 물체로 실리카 미세구를 사용하여 마찰을 최소화하기 위해 고진공 상태에서 부상시켰습니다.광학, 전기 또는 자기력을 사용하여 미세한 물체를 부상시키면 환경으로부터 극도로 고립됩니다[ 2 ].

또한 부상된 물체에서 산란된 빛은 고정밀로 위치를 추적하는 데 사용할 수 있으며, 이를 통해 전기적 또는 광학적 피드백을 통해 물체의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있습니다.광학 트랩에 있는 부상된 나노구는 피드백을 통해 양자 역학적 기본 운동 상태로 속도가 느려졌으며[ 3 , 4 ]

1초의 관찰 시간으로 10^-20 뉴턴만큼 작은 힘과 10^-7g 만큼 작은 가속도를 측정 할 수 있습니다 [ 5 ]. Yale 실험에서 첫 번째 단계는 방사성 납-212 원자를 실리카 미세구체에 이식하는 것이었습니다.각 미세구체 표면에서 60nm 이내에 수십 개의 원자가 있습니다.이식 후, 한 번에 하나의 미세구체를 집중 레이저 빔을 사용하여 부상시켰는데, 이는 소위 광학 핀셋을 형성했습니다.

이 방법은 Arthur Ashkin과 동료들이 처음 개발했습니다[ 6 ]( 주제: 노벨상—도구로서의 레이저 참조).레이저의 원형 편광 덕분에 미세구체는 100kHz 이상의 주파수에서 회전하여 입자의 회전축 방향을 고정하는 자이로스코프 안정성을 제공했습니다. 다음으로, 미세구체를 둘러싼 챔버를 약 10^-10 기압 의 압력으로 펌핑했습니다 .

마지막으로, 각 미세구체에 대한 반동 데이터를 2~3일 동안 지속적으로 기록했습니다. 납-212의 반감기는 10.6시간이며, 연구팀은 알파 입자와 베타 입자(전자)의 방출을 통해 안정 동위 원소 납-208로의 핵 붕괴 증거를 찾고 있었습니다. 6개의 미세구에 대한 데이터를 수집했습니다. 두 가지 병렬 방법을 통해 연구자들은 핵 붕괴를 정확히 파악할 수 있었습니다. 첫 번째 방법은 전기적이었습니다. 진동하는 전기장에 대한 미세구체의 반응은 얼마나 많은 과잉 전하를 가지고 있는지 보여주었고, 이는 단일 전자 또는 양성자 수준에서 결정될 수 있었습니다. 이 값의 변화는 핵 붕괴로 인해 대전된 입자가 방출되었다는 신호였습니다. (납-212를 이식하지 않은 미세구체는 3일 동안 과잉 전하에 변화가 없었습니다.) 두 번째 방법은 광학적이었습니다.

미세구체에 의해 산란된 빛은 트랩에서 미세구체의 움직임에 대한 정확한 정보를 제공했습니다. 연구자들은 첫 번째 방법을 사용하여 전하가 제거된 83개의 사건을 식별한 다음 두 번째 방법을 사용하여 각 사건에 대해 미세구체가 수신한 임펄스를 재구성했습니다. 그들의 주요 결과는 재구성된 임펄스 진폭의 히스토그램으로, 이는 알파 및 베타 붕괴에서 예측된 반응과 일치하는 것으로 밝혀졌습니다.

반동 신호에 기여하는 것은 알파 붕괴이고, 베타 붕괴는 배경에 기여하지만 반동을 해소하기에 충분한 운동량을 제거하지 않습니다. 이 결과는 붕괴 생성물보다 10 12 배 더 무거운 실리카 미세구체의 반동 킥에서 핵 붕괴를 감지할 수 있음을 보여줍니다 .더욱이 연구자들은 반동과 전하를 병렬로 측정하여 측정 감도를 높여 하루에 한 번 정도로 드물게 발생하는 이벤트를 감지할 수 있었습니다.감도를 더욱 개선하는 한 가지 방법은 더 작은 부상 물체를 사용하는 것입니다.

무어와 동료들은 이 연구에 사용된 것보다 100배 더 작은 구형 질량으로 중성미자 특성을 연구할 것을 제안했습니다(요약: 기계식 센서를 사용한 유령 입자 검색 참조 ).두 번째 방법은 부상 나노구체 기반 센서의 최근 발전을 바탕으로 미세구체 운동량 감지의 감도를 양자 영역으로 가져오는 것입니다[ 3 , 4 ]. 연구자들은 반동 기반 감지가 감지 매체와 상호 작용하기 위해 붕괴 생성물에 의존하는 기존 핵 붕괴 감지기의 단점을 해결한다고 지적합니다.따라서 무균 중성미자나 암흑 물질과 같은 비상호작용 입자가 관련된 붕괴를 가능하게 하는 기술이 될 수 있습니다[ 5 , 7 ].

무균 중성미자는 매우 가볍고 중력을 통해서만 다른 입자와 상호 작용하는 가상의 입자이므로 존재한다면 찾기 어려울 것입니다.암흑 물질은 우주의 약 27%를 차지하는 것으로 추정되지만 그 본질은 여전히 미스터리이며 무균 중성미자를 포함하여 무엇인지에 대한 많은 아이디어가 있습니다.무어와 동료의 기술은 방사성 붕괴로 유도된 반동에서 설명되지 않은 운동량을 식별하여 이러한 애매한 입자를 발견할 수 있습니다.

그러나 반동에 민감한 것이 항상 좋은 것은 아닙니다. 미래의 갇힌 이온 기반 양자 컴퓨터는 근처 전극 표면의 방사성 붕괴로 인해 부정적인 영향을 받을 수 있습니다. (흥미롭게도, 초전도 회로에 기반한 양자 컴퓨터는 충돌하는 우주선으로 인해 유사한 문제에 직면합니다.) 이러한 실험을 통해 무어와 동료들은 운동량 보존은 삶에서 피할 수 없는 사실임을 일깨워줍니다.

참고문헌 J. Wang et al. , "핵 붕괴의 기계적 감지", Phys. Rev. Lett. 133 , 023602(2024) . C. Gonzalez-Ballestero 외 , "진공 중 미세 물체의 부상 및 제어: 부양역학", Science 374 , eabg3027(2021) . L. Magrini et al. , "실온에서의 기계적 운동의 실시간 최적 양자 제어", Nature 595 , 373(2021) . F. Tebbenjohanns et al. , "극저온 자유공간에서 광학적으로 부상된 나노입자의 양자 제어", Nature 595 , 378(2021) . DC Moore 및 AA Geraci, "광학 부상 센서를 사용한 새로운 물리학 탐색", Quantum Sci. Technol. 6 , 014008(2021) . A. Ashkin et al. , “유전체 입자에 대한 단일 빔 그래디언트 힘 광학 트랩 관찰,” Opt. Lett. 11 , 288(1986) . D. Carney et al. , “기계식 양자 센서를 사용한 대규모 중성미자 검색,” PRX Quantum 4 , 010315(2023) .

트레이시 노섭의 이미지

저자 소개 트레이시 노섭의 이미지 트레이시 노섭은 2008년 캘리포니아 공과대학에서 박사 학위를 받았고, 오스트리아 인스브루크 대학에서 박사후 연구원으로 임명되었습니다. 그녀는 2017년부터 인스브루크 대학에서 정교수로 재직하고 있습니다. 그녀의 연구는 빛과 물질 사이의 양자 인터페이스를 탐구하며, 양자 네트워크와 양자 광역학을 위한 플랫폼으로서 이온 트랩과 광학 공동에 초점을 맞춥니다.

https://physics.aps.org/articles/v17/107

메모 2407091924 나의 사고실험 qpeoms 스토리텔링

공중에 떠 있는 미립자는 그 안에 있는 원자핵이 붕괴할 때 튕겨 나오는 현상이 관찰되었으며, 이를 통해 앞으로 보이지 않는 붕괴 생성물을 탐색할 수 있는 길이 열렸다. 감지는 두 가지 측정 방식에 의존했다. 하나는 알파 입자가 빠져나와 미세구에 반동을 기록하는 위치 감지기이고, 다른 하나는 미세구의 전하 변화를 기록하는 전극 세트이다. 임의 시공간에서 돌발적인 qms.qvixer.tsp의 현상을 나타낸 것이다. 허허.

만약에 어떤 물체 안에서 qms.qvixer.tsp가 발생한다면 그 물체는 어떻게 될까? 우주에서는 급발진이 생기는 게 아닐까? 은하나 별이 급조되는 게 아니여?

중성미자 및 가상의 암흑 물질 입자와 같은 다른 핵 붕괴 생성물이 단지 먼지들이나 가스 은하에서도 흔하게 감지될 수 있을 것을 시사한다.

qvixer.tsp.zerosum 방사성 붕괴로 유도된 반동에서 설명되지 않은 운동량을 식별하여 이러한 애매한 입자를 발견할 수 있다.

그러나 반동에 민감한 것이 항상 좋은 것은 아니다. 미래의 갇힌 이온 기반 양자 컴퓨터나 멀쩡한 은하도 근처 전극 표면의 방사성 붕괴로 인해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 흥미롭게도, 초전도 회로에 기반한 양자 컴퓨터는 충돌하는 우주선으로 인해 유사한 문제에 직면한다. 전체적 msbase에서 운동량 보존 qvixer.tsp.zerosum.value는 피할 수 없는 사실임을 일깨워 준다. 허허.

No photo description available.

Memo 2407091924 My thought experiment qpeoms storytelling

Microparticles floating in the air were observed to bounce when the atomic nuclei within them collapse, opening the way to search for invisible decay products in the future. Detection relied on two measurement methods. One is a position sensor that records the recoil of the microsphere as the alpha particle escapes, and the other is a set of electrodes that records the change in charge of the microsphere. This shows the sudden phenomenon of qms.qvixer.tsp in random space and time. haha.

If qms.qvixer.tsp occurs inside an object, what happens to that object? Couldn’t sudden accelerations occur in space? Aren’t galaxies and stars improvised?

This suggests that other nuclear decay products, such as neutrinos and hypothetical dark matter particles, could be commonly detected even in dusty or gas galaxies.

qvixer.tsp.zerosum These elusive particles can be discovered by identifying the unexplained momentum in the recoil induced by radioactive decay.

However, being sensitive to recoil is not always a good thing. Future trapped ion-based quantum computers or even intact galaxies could be negatively affected by radioactive decay on nearby electrode surfaces. Interestingly, quantum computers based on superconducting circuits face similar problems due to colliding cosmic rays. It reminds us that momentum conservation qvixer.tsp.zerosum.value in the overall msbase is an unavoidable fact. haha.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca