相互排斥通常會使正離子彼此分離。但根據7月30日出版的《物理評論快報》上發表的研究,排斥力實際上可能有助於一組被捕獲的離子聚集在一起。這種現象使得以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的研究人員能夠對離子組進行極其精確的質量測量,並且也可能為新型廉價質譜儀指明方向。
離子被困在一個包含兩個靜電“鏡子”的阱中。根據離子的質量,它們在鏡子之間以不同的速度反彈:一組輕離子來回反彈的速度比一組重離子快。研究人員希望利用離子云來回振盪的頻率來測量單個離子的質量,但他們預計只能進行有限的測量。他們預測,離子的相互排斥,以及速度和軌跡的差異,會導致離子云在幾次振盪後分散開來。
情況確實如此,直到有一天他們調整了鏡子的電壓,發現他們可以使離子無限期地粘在一起。“我們的第一反應是,'這不可能,'”該小組的負責人丹尼爾·扎伊夫曼告訴《物理評論焦點》。 “然後我們不得不撓頭,試圖理解它。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過 訂閱來支援我們屢獲殊榮的新聞報道。 透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
扎伊夫曼和他的同事現在有一個理論來解釋是什麼導致離子緊密地聚集在一起。當雲團沿著阱的長度移動時,它會分散開來,因為單個離子以不同的速度移動。在阱的末端,電場將雲團聚焦到靜電鏡中。在鏡子內部,快速和慢速離子聚集在一起,然後被它們的相互排斥力推開。在擠壓和推擠的過程中,快速離子加速了慢速離子,反之亦然。因此,當雲團從鏡子中出來時,所有離子都以幾乎相同的速度移動。最終的效果是,雲團每次到達阱的末端時都會被重新打包。
由於雲團在多次行程中保持在一起,該團隊能夠非常準確地測量其頻率,從而測量其質量。扎伊夫曼和他的同事認為,他們的離子阱可以像世界上最先進的價值數百萬美元的質譜儀一樣出色。