Forskere løser en længe omdiskuteret anomali i, hvordan kerner spinder

Et internationalt hold af videnskabsmænd ledet af det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory har løst en længe omdiskuteret anomali i, hvordan kerner spinder. Fundet, offentliggjort i tidsskriftet Nature, kan få konsekvenser for grundlæggende fysik og udviklingen af ​​nye teknologier såsom kvantecomputere.

Kerner er de små, tætte kerner af atomer, der indeholder protoner og neutroner. Protoner og neutroner har en egenskab kaldet spin, som kan opfattes som rotationen af ​​partiklerne omkring deres egne akser. I de fleste kerner udligner protonernes og neutronernes spins hinanden, hvilket resulterer i et samlet nuklear spin på nul.

I visse kerner udligner protonernes og neutronernes spin dog ikke fuldstændigt, hvilket resulterer i et nukleart spin. Dette fænomen er kendt som kernemagnetisk resonans (NMR), og det er grundlaget for en række vigtige teknologier, såsom magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og kernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR-spektroskopi).

I årtier har videnskabsmænd været forundret over en anomali i NMR-spektrene for visse kerner. Denne anomali, kendt som "slukningen af ​​det magnetiske dipolmoment", opstår, når det nukleare spin reduceres af tilstedeværelsen af ​​et eksternt magnetfelt.

Det Argonne-ledede hold af forskere har nu løst denne anomali ved at vise, at den er forårsaget af interaktionen mellem kernespin og elektronerne i atomet. Denne vekselvirkning, som er kendt som den hyperfine vekselvirkning, kan forårsage, at det nukleare spin bliver justeret med eller mod det eksterne magnetfelt, hvilket resulterer i en reduktion i det nukleare magnetiske moment.

Denne opdagelse kan have implikationer for fundamental fysik, da den giver ny indsigt i samspillet mellem kerner og elektroner. Det kunne også have praktiske anvendelser, såsom udvikling af nye materialer til kvantecomputere og andre teknologier.

"Dette er et betydeligt gennembrud, der har været årtier undervejs," sagde Argonne-fysiker og studiemedforfatter Samrat Sharma. "Vi er glade for endelig at forstå oprindelsen af ​​denne anomali og udforske dens potentielle implikationer for videnskab og teknologi."

Undersøgelsen blev finansieret af U.S. Department of Energy's Office of Science og National Science Foundation.