量子
物理学家首次测量电子的量子几何形状
科学家们在量子世界的探索中取得了重大突破。他们第一次成功地测量了一个单独电子的“形状”，这个形状反映了它穿过固体时的运动轨迹，这将为研究晶体固体在量子层面的行为打开全新的视角。麻省理工学院(MIT)物理学家理查德·cumin表示：“我们已经建立了一种获取先前无法获得的新型信息的蓝图”。
这项突破性的研究由Cornell大学的Mingu Kang和韩国首尔国立大学的Sunjie Kim联合领导。
在宏观世界中，物质的行为可以用经典物理学很好地描述。然而，在更基本的粒子相互作用和测量方法层面，事物就变得有些怪异了。在微观尺度上，精确性必须让位于量子力学的模糊描述，而这种描述以可能性波的形式呈现。我们把电子称为粒子，这让人们联想到它们像一个个微小的球体一样存在。然而，考虑到它们的尺寸，更准确地描述电子的性质和行为需要采用其波动性的量子特性。
为了描述电子的波动性，物理学家使用波函数：一种数学模型，它描述了波随时间演化的可能性特征。这些特征中的一些可以被看作是一种几何形状，比如旋转在无穷多个方向上的曲线或球体等。其他形式的量子几何，例如原子晶格中的电子，则复杂到像克莱因瓶或莫比乌斯带一样。
过去，确定固体中电子的复杂量子几何形状一直是基于已知性质推断的结果，充满了猜测和不确定性。
在这项研究中，Kang、Jie及其同事们通过测量一种叫做量子几何张量(QGT)的物理量来进行直接测量。 QGT包含了量子态的完整几何信息，就像一个二维全息图编码三维空间的信息一样。他们使用了一种称为角度分辨光电子能谱的技术，将光子照射在材料上，并观察电子的行为以确定其特性，比如偏振、自旋和角动量等。
该技术被应用于一种名为“kagome金属”的钴锡合金单晶。这种金属是一种量子材料，研究小组之前曾使用相同技术研究过它的性质。实验结果首次提供了固体中电子的 QGT 的具体测量值，并从中推导出该金属中电子的剩余量子几何形状。
研究小组将这些实验数据与理论计算得到的预期值进行了比较，从而确定了这种方法的有效性和适用范围：不仅限于这种特定的钴锡合金材料。 他们相信这项技术将会应用到更广泛的材料领域，并对发现超导性具有重要意义，即使在通常不被认为是超导性的材料中也是如此。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。