海因里希·海涅杜塞尔多夫大学 离子阱(灰色)中的HD+分子离子(黄色和红色点对)被激光波(红色)照射
这导致量子跃迁，从而分子离子的振动状态发生变化
信用:HHU /索罗什阿里甘巴里 由教授领导的工作组
斯蒂芬·席勒博士
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来自海因里希·海涅大学的杜塞尔多夫(HHU)利用一种新颖的高精度激光光谱实验来测量最简单分子的内部振动
这使得研究人员能够以前所未有的精确度研究原子核运动的波动特征
他们在最新一期的《自然物理学》上展示了他们的发现
大约100年前，物理学领域有了一项革命性的发现:微观物质显示出波动特性
几十年来，越来越多的精确实验被用来测量电子的波动特性
这些实验主要是基于氢原子的光谱分析，它们能够验证电子量子理论的准确性
对于重基本粒子——例如质子——和核素(原子核)，很难精确测量它们的波动特性
然而，原则上，这些特性随处可见
在分子中，原子核的波动性质是明显的，并且可以在原子核彼此相对的内部振动中观察到
这种振动是由分子中的电子引起的，这些电子在原子核之间形成一种“软”而不是“硬”的结合
例如，在正常情况下，每个分子气体都会发生核振动，比如在空气中
原子核的波动性质是由振动不能有任意的强度这一事实来证明的
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能量——比如钟摆
相反，对于能量来说，只有被称为“量化”值的精确的离散值是可能的
从最低振动能量状态到较高能量状态的量子跃迁可以通过将光辐射到分子上来实现，分子的波长被精确地设置，使得它精确地对应于两种状态之间的能量差
为了非常精确地研究核素的波动特性，人们需要非常精确的测量方法和特定分子中结合力的非常精确的知识，因为这些决定了核素波动的细节
这样就有可能通过将所研究核素的具体陈述与测量结果进行比较来检验自然的基本规律
不幸的是，目前还不可能对一般分子的结合力做出精确的理论预测——要应用的量子理论在数学上太复杂而无法处理
因此，不可能精确地研究任何给定分子的波动特性
这只能通过特别简单的分子来实现
储存分子离子的装置
荣誉:HHU /大卫·奥芬伯格 连同其长期合作伙伴五
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俄罗斯杜布纳联合核研究所博戈柳波夫理论物理实验室的科洛博夫教授
席勒的研究团队致力于研究一种这样的分子，即氢分子离子HD+
HD+由一个质子(p)和核素氘(d)组成
这两者由一个电子连接在一起
这种分子的相对简单意味着现在可以进行极其精确的理论计算
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科洛博夫在连续二十多年完善他的计算后，实现了这一点
对于像氢分子这样的带电分子，直到最近才出现了一种可获得的高精度测量技术
然而，去年，教授领导的团队
席勒发展了一种新的光谱学技术来研究分子离子的旋转
所使用的辐射被称为“太赫兹辐射”，波长约为0
2毫米
该团队现在已经能够证明，同样的方法也适用于使用波长短50倍的辐射激发分子振动
为了做到这一点，他们必须开发一种频率特别高的激光，这种激光在世界范围内独一无二
他们证明了这种扩展光谱技术对于振动激发的辐射波长的分辨能力比以前用于分子离子的技术高10000倍
分子离子振动状态的系统干扰，例如通过干扰电场和磁场，也可以被抑制400倍
最终，量子理论对原子核质子和氘的行为的预测与实验一致，相对误差小于1000亿分之3
如果假设V
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科洛博夫基于量子理论的预测是完整的，实验的结果也可以有不同的解释——即电子质量与质子质量之比的确定
得出的值与其他工作组使用完全不同的测量技术通过实验确定的值非常一致
教授
席勒强调:“我们对实验的效果感到惊讶
我们相信，我们开发的技术不仅适用于我们的“特殊”分子，而且适用于更广泛的环境
看到这项技术被其他工作组采用的速度有多快，这将是令人兴奋的
"
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