多虧了昆士蘭大學(xué)科學(xué)家的研究，現(xiàn)在我們更加確定地知道了鈁原子的核磁矩。密歇根大學(xué)數(shù)學(xué)與物理學(xué)院博士后研究員本·羅伯茨博士說：核磁矩是原子的基本屬性，準(zhǔn)確知道它的值在測(cè)試基本物理理論時(shí)很重要。

但是因?yàn)殁[元素具有放射性，所以測(cè)定核磁矩的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)不容易應(yīng)用。使用新的方法，研究人員能夠計(jì)算出比以前最佳值小四倍的不確定度矩。

以鈁-211為例，它的核磁矩先前被確定在3.92到4.08的范圍內(nèi)（用來表示這些磁矩的自然單位），現(xiàn)在的計(jì)算顯示，它在3.90到3.94之間。這可能看起來不是很大的差異，但UQ的ARC Future研究員、ARC卓越工程量子系統(tǒng)中心(EQUS)副研究員杰辛達(dá)·金格斯博士表示：當(dāng)你談?wù)撛游锢頃r(shí)，微小的差異可能會(huì)產(chǎn)生巨大影響，所以縮小可能值的范圍是一件大事，其研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上。

我們目前對(duì)構(gòu)成宇宙的基本粒子及其相互作用的理解，依賴于粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型，但我們也知道這個(gè)模型是不完整，有些事情它無法解釋。所以需要核磁矩的精確值才能測(cè)試原子模型的有效性，這反過來對(duì)測(cè)試粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型非常重要。通過將原子中的精密實(shí)驗(yàn)與高精度原子理論相結(jié)合，研究獲得了尋找新物理的有力途徑。精確度的提高是因?yàn)榉浅＞_地計(jì)算了鈁原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)（由其核磁矩導(dǎo)致原子能級(jí)的微小差異）以及更準(zhǔn)確的核效應(yīng)模型。

之前的測(cè)定假設(shè)，鈁原子的原子核就像一個(gè)磁化均勻的球，但在新研究計(jì)算中，假設(shè)了一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的模型，能讓磁化強(qiáng)度在原子核內(nèi)變化。非均勻磁化作用（稱為玻爾-魏斯科普夫效應(yīng)）對(duì)鈁原子的影響特別大，因此通過準(zhǔn)確地考慮到這一點(diǎn)，能夠更精確地確定其核磁矩。其研究結(jié)果現(xiàn)在可以用來作為原子理論的基準(zhǔn)，這將有助于解釋加拿大國(guó)家核物理和粒子物理設(shè)施TRIUMF目前正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

研究還表明，精確模擬核效應(yīng)有多么重要，并將對(duì)過去和未來的重原子精密實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。研究對(duì)缺乏中子的鈾同位素207-213測(cè)定核磁矩的四倍改進(jìn)，將大多數(shù)同位素不確定度從2%降低到0.5%。這些都是通過將對(duì)基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的高精度計(jì)算與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較而發(fā)現(xiàn)的。還展示了對(duì)玻爾-魏斯科普夫效應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)建模的重要性，該效應(yīng)是由于有限的核磁化分布而產(chǎn)生。

對(duì)核磁矩和Bohr-Weisskopf效應(yīng)的更好理解，對(duì)于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的精確測(cè)試中所需原子理論進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試至關(guān)重要，特別是正在進(jìn)行的原子宇稱破壞研究。

博科園｜研究/來自：澳大利亞研究理事會(huì)

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.063002

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普