一组由德国塞尔多夫海因里希海涅大学(HHU)的Stephan Schiller教授领导的物理学家，利用超高精度的激光光谱学，对简单分子的原子核波动进行了前所未有的精确测量。
在《自然物理》(Nature Physics)杂志上，研究人员报告称，他们能够比以往更准确地确认核物质的波动行为，并且没有发现原子核之间作用力的任何偏差证据。
近一个世纪以来，简单原子一直是精密实验和理论研究的重点，其中氢原子的描述和测量是开创性的，因为氢原子是最简单的原子，仅由一个电子组成。
目前，氢原子的能量及其电磁波谱是束缚量子系统中计算得最为精确的。由于光谱可以被极其精确地测量，因此可以将理论预测与实验结果进行比较，从而验证理论的准确性。
这些实验至关重要。全球的研究人员都在寻找新的物理效应的证据，尽管迄今为止尚未成功，这可能与暗物质的存在有关。这些效应可能导致测量与预测之间的差异。
与氢原子相比，最简单的分子在很长一段时间内并未成为精确测量的对象。然而，HHU实验物理学主席Stephan Schiller教授领导的研究小组专注于这一领域。在塞尔多夫，该小组开展了开创性的研究，并开发了世界上最精确的实验技术。
最简单的分子是氢离子分子(MHI)：一个氢分子缺少一个电子，由三个粒子组成。其变体H2+由两个质子和一个电子组成，而HD+则由一个质子、一个氘核（更重的氢同位素）和一个电子组成。质子和氘核是受强作用力影响的带电“重子”。
在分子内部，组成部分可以以多种方式表现：电子围绕原子核运动，而原子核则相互振动或旋转，粒子像波一样运动。这些波动通过量子理论得到了详细描述。
不同的运动模式决定了分子的光谱，这些光谱在不同的光谱线上反映出来。光谱的产生方式与原子光谱相似，但要复杂得多。
当前物理学研究的艺术在于极其精确地测量光谱线的波长，并借助量子理论进行极其精确的计算。两个结果之间的匹配被视为预测准确性的证明，而不匹配则可能暗示“新物理学”的存在。
多年来，HHU的物理学家团队改进了MHI的激光光谱，开发了将光谱实验分辨率提高多个数量级的技术。他们的目标是：越精确地测量光谱，就越能更好地检验理论预测，从而识别出理论的潜在偏差，并找到理论可能需要修改的起点。
席勒教授的团队已经将实验精度提高到超越理论的水平。为了实现这一目标，德国塞尔多夫的物理学家们在一个超高真空容器的离子阱中限制了约100个MHI的离子，并使用激光冷却技术将离子冷却至1毫开尔文的温度。
这使得分子光谱的旋转和振动跃迁的测量变得极为精确。在早期对波长为230 μm和5.1 μm的光谱线研究之后，作者现在在Nature Physics上发表了波长短得多的1.1 μm光谱线的测量结果。
席勒教授表示：“实验确定的跃迁频率与理论预测一致。结合之前的结果，我们已经建立了对带电重子量子运动的最精确测试：任何与既定量子定律的偏差必须小于1000亿分之一，如果存在的话。”
这个结果也可以用另一种方式来解释：假设除了众所周知的库仑力（带电粒子之间的力）之外，质子和氘核之间可能还存在另一种基本力。主要作者Soroosh Alighanbari博士表示：“这种假设的力可能与暗物质现象有关。在我们的测量过程中，我们没有发现任何证据表明存在这种力，但我们将继续寻找。”
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希望本篇文章《深入探讨原子核振动的精细机制》能对你有所帮助！
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