美因茨大学 包含两个核自旋的分子中宇称违背的示意图
学分:博士
约翰·W
布朗夏尔 科学家们长期以来一直试图通过实验证明分子中弱相互作用的某种对称性——宇称违反
迄今为止，这是不可能的
约翰尼斯·古腾堡大学美因茨分校(JGU)和亥姆霍兹研究所(美因茨)的普里西马+卓越集群的一个研究小组领导的一项新的跨学科努力现在已经展示了展示这一现象的现实途径
该方法包括核、基本粒子、原子和分子物理以及核磁共振等方面
“核自旋耦合中的分子宇称不守恒”发表在本期《物理评论研究》杂志上
对称性无处不在，在空间以及分子、原子和基本粒子的世界里都是如此
四种基本力(电磁力、重力以及强核力和弱核力)也服从某些或许看似抽象的对称
从大爆炸到今天，现有的对称性被反复打破
对称性和对称性破缺必然反映在我们所能观察到的物理过程和状态中
这些对称之一是镜像对称(关于空间反射的对称)——如果它被打破，研究人员称之为宇称违反
根据目前的知识，弱相互作用是四种基本力中唯一看起来不是镜像对称的:只有在受到这种相互作用的过程中才会发生宇称违反
“由于弱相互作用在我们的日常经验中几乎不起作用——重力和电磁在这里占主导地位——宇称违反现象与我们的正常想法相矛盾，因此很难理解，”博士说
这项研究的主要作者约翰·布兰查德
“因此，弱相互作用中的宇称违反只是在20世纪50年代才从理论上预测到的，并在此后不久在某些核和基本粒子衰变中被发现
尽管理论计算预测违背宇称的过程应该存在，但在分子中从未检测到
可以说，这种微妙效应的确凿证据是精确测量物理学的圣杯
" 已经进行了许多尝试来实验性地观察分子中宇称违反的效果
一个例子是分子中不同原子核的自旋相互作用
反过来，这些原则上可以使用核磁共振方法进行检测和分析
虽然科学家团队在以前的工作中已经开发了一种有前途的手性分子方法(doi
org/10
1103/PhysRevA
96
042119)，他们目前的出版物集中于由少至两个原子组成的简单分子
首先，他们确定一个特殊的核磁共振测量变量(一个特定的自旋-自旋耦合)，在此基础上显示宇称违反，并进行复杂的理论分析，以计算分子内的预期效果
这些计算是在与该研究的共同作者史密斯教授的密切合作下进行的
米哈伊尔·G
科兹洛夫来自圣彼得堡核物理研究所
俄罗斯的彼得斯堡，美因茨集团多年来与他合作非常成功
在此基础上，科学家们提出了一个特殊的实验，该实验应该足够灵敏，可以检测计算出的信号:“所谓的ZULF(零到超低场)核磁共振方法是一种奇特的技术，我们已经成功地将它用于暗物质，”教授解释说
医生
德米特里·布克也是这项研究的作者
“它提供了一个系统，在这个系统中，核自旋之间的相互作用超过了与外部磁场的相互作用
这样，它能够直接测量反对称自旋-自旋耦合，这在传统的高场核磁共振实验中是被切断的
" “我们的结果展示了一种优雅的方法来定量研究分子和原子核中的弱相互作用，”博士总结道
布朗夏尔
“我们可行性研究的结果非常有希望——我们希望很快就能对分子宇称不守恒进行实验验证
"
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