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科学家在低温可控条件下生成电子偶素

2021-02-25

  电子偶素是一个电子与一个正电子组成的短周期、类原子结构。由于电子和正电子最终会湮灭产生光子,它的半衰期非常短。这种特性使其在研究物质内部性质方面具有重要价值。电子偶素在介质中的湮灭时间可作为一种非破坏性测量手段,目前已在正电子成像、PET扫描以及基础物理研究等领域获得广泛应用。

  加州大学河滨分校实验室进行的这项新研究,在获取电子偶素上较为简单也容易操作。研究人员先用激光对硅样本进行照射,而后在硅表面浇灌正电子。在激光的照射下,他们发现硅释放出来的电子与正电子形成了电子偶素。

  负责该项研究的加州大学河滨分校物理和天文学系科学家大卫·卡西迪说:“通过这种方法,我们能够在非常宽的温度范围内,以可控的方式生产大量电子偶素。其他从材料表面生产电子偶素的方法一般都需要首先将样品加热到很高的温度,而我们的方法几乎可以在任何温度下进行,其中还包括非常低的温度。”

  该校物理和天文学教授艾伦·米尔说,这项工作表明在正电子到达前用激光照射样品表面,可以帮助正电子离开表面以免发生湮灭。用这样的方法,电子偶素就会从样品表面自然生成。这种电子偶素的存在时间要比硅表面的正电子长200倍以上,因此很容易探测到。

  研究人员解释说,之所以选择硅作为生成材料是因为它在电子学中应用极为广泛,可靠、廉价且十分有效。卡西迪说,事实上,极低的温度对用硅生产电子偶素来说更为适合,至少在短时间内是这样的。