手性是指一個(gè)物體不能與其鏡像重疊的性質(zhì)，這在物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中都是一個(gè)基本概念。傳統(tǒng)上，電子手性被認(rèn)為僅與其自旋有關(guān)，自旋是其固有的角動(dòng)量。然而，發(fā)表在《科學(xué)》雜志的一項(xiàng)研究證明了一種獨(dú)特形式的手性——幾何手性。

基本粒子的手性

手性在自然和技術(shù)中無(wú)處不在。它存在于分子的結(jié)構(gòu)、基本粒子的自旋，甚至是像人類手這樣的宏觀物體中。在基本粒子的領(lǐng)域，手性通常與自旋相關(guān)，自旋是一種沒(méi)有經(jīng)典類比的量子力學(xué)性質(zhì)。例如，電子具有1/2的自旋，可以存在于右手或左手狀態(tài)。這種內(nèi)在的手性在包括磁性和元素周期表在內(nèi)的各種現(xiàn)象中起著至關(guān)重要的作用。

手性電子的生成

生成手性電子的最新突破涉及使用激光光線將電子的物質(zhì)波形狀塑造成左手或右手的質(zhì)量和電荷線圈。與傳統(tǒng)的相位渦旋束不同，傳統(tǒng)的相位渦旋束具有甜甜圈形的強(qiáng)度和螺旋相位分布，而手性電子線圈保持德布羅意波的平坦相位。質(zhì)量和電荷的密度被結(jié)構(gòu)化成螺旋形，形成一種不需要自旋或軌道角動(dòng)量的手性幾何形狀。

實(shí)驗(yàn)裝置和方法

生成手性電子的實(shí)驗(yàn)裝置涉及使用阿秒門控技術(shù)來(lái)測(cè)量波函數(shù)密度。這種技術(shù)使研究人員能夠可視化電子線圈的三維形狀。過(guò)程開(kāi)始于電子暴露在激光光線的場(chǎng)周期中，這將手性結(jié)構(gòu)印在電子的物質(zhì)波上。生成的手性電子線圈表現(xiàn)出扭曲的電荷和質(zhì)量期望值，將其與傳統(tǒng)的相位渦旋束區(qū)分開(kāi)來(lái)。(www.ws46.com)

應(yīng)用和影響

工程化具有手性質(zhì)量和電荷的電子的能力為科學(xué)研究和技術(shù)進(jìn)步開(kāi)辟了新的可能性。在量子光學(xué)中，手性電子可以用于開(kāi)發(fā)新的傳感技術(shù)，增強(qiáng)對(duì)手性分子的檢測(cè)。在粒子物理學(xué)中，這些結(jié)構(gòu)化電子可以提供對(duì)基本相互作用和對(duì)稱性的見(jiàn)解。此外，在電子顯微鏡中，手性電子可以改進(jìn)成像技術(shù)，使對(duì)納米尺度手性結(jié)構(gòu)的觀察更加詳細(xì)。

然而，對(duì)結(jié)構(gòu)化電子的研究仍處于初期階段。許多問(wèn)題還有待探索。這些手性結(jié)構(gòu)有多穩(wěn)定？與普通電子相比，它們是否具有獨(dú)特的相互作用特性？這種技術(shù)是否可以應(yīng)用于其他基本粒子？回答這些問(wèn)題對(duì)于釋放這一發(fā)現(xiàn)的全部潛力至關(guān)重要。

結(jié)論

具有手性質(zhì)量和電荷的結(jié)構(gòu)化電子的發(fā)現(xiàn)代表了物理學(xué)領(lǐng)域的重大進(jìn)展。通過(guò)操控電子的物質(zhì)波，研究人員創(chuàng)造了一種新的手性形式，這可能對(duì)多個(gè)科學(xué)學(xué)科產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。隨著該領(lǐng)域研究的進(jìn)展，我們可以期待看到利用手性電子獨(dú)特性質(zhì)的創(chuàng)新應(yīng)用，進(jìn)一步加深我們對(duì)量子世界及其潛在技術(shù)應(yīng)用的理解。