手性是指一個物體不能與其鏡像重疊的性質(zhì)，這在物理學、化學和生物學等多個科學領(lǐng)域中都是一個基本概念。傳統(tǒng)上，電子手性被認為僅與其自旋有關(guān)，自旋是其固有的角動量。然而，發(fā)表在《科學》雜志的一項研究證明了一種獨特形式的手性——幾何手性。

基本粒子的手性

手性在自然和技術(shù)中無處不在。它存在于分子的結(jié)構(gòu)、基本粒子的自旋，甚至是像人類手這樣的宏觀物體中。在基本粒子的領(lǐng)域，手性通常與自旋相關(guān)，自旋是一種沒有經(jīng)典類比的量子力學性質(zhì)。例如，電子具有1/2的自旋，可以存在于右手或左手狀態(tài)。這種內(nèi)在的手性在包括磁性和元素周期表在內(nèi)的各種現(xiàn)象中起著至關(guān)重要的作用。

手性電子的生成

生成手性電子的最新突破涉及使用激光光線將電子的物質(zhì)波形狀塑造成左手或右手的質(zhì)量和電荷線圈。與傳統(tǒng)的相位渦旋束不同，傳統(tǒng)的相位渦旋束具有甜甜圈形的強度和螺旋相位分布，而手性電子線圈保持德布羅意波的平坦相位。質(zhì)量和電荷的密度被結(jié)構(gòu)化成螺旋形，形成一種不需要自旋或軌道角動量的手性幾何形狀。

實驗裝置和方法

生成手性電子的實驗裝置涉及使用阿秒門控技術(shù)來測量波函數(shù)密度。這種技術(shù)使研究人員能夠可視化電子線圈的三維形狀。過程開始于電子暴露在激光光線的場周期中，這將手性結(jié)構(gòu)印在電子的物質(zhì)波上。生成的手性電子線圈表現(xiàn)出扭曲的電荷和質(zhì)量期望值，將其與傳統(tǒng)的相位渦旋束區(qū)分開來。(www.ws46.com)

應用和影響

工程化具有手性質(zhì)量和電荷的電子的能力為科學研究和技術(shù)進步開辟了新的可能性。在量子光學中，手性電子可以用于開發(fā)新的傳感技術(shù)，增強對手性分子的檢測。在粒子物理學中，這些結(jié)構(gòu)化電子可以提供對基本相互作用和對稱性的見解。此外，在電子顯微鏡中，手性電子可以改進成像技術(shù)，使對納米尺度手性結(jié)構(gòu)的觀察更加詳細。

然而，對結(jié)構(gòu)化電子的研究仍處于初期階段。許多問題還有待探索。這些手性結(jié)構(gòu)有多穩(wěn)定？與普通電子相比，它們是否具有獨特的相互作用特性？這種技術(shù)是否可以應用于其他基本粒子？回答這些問題對于釋放這一發(fā)現(xiàn)的全部潛力至關(guān)重要。

結(jié)論

具有手性質(zhì)量和電荷的結(jié)構(gòu)化電子的發(fā)現(xiàn)代表了物理學領(lǐng)域的重大進展。通過操控電子的物質(zhì)波，研究人員創(chuàng)造了一種新的手性形式，這可能對多個科學學科產(chǎn)生深遠影響。隨著該領(lǐng)域研究的進展，我們可以期待看到利用手性電子獨特性質(zhì)的創(chuàng)新應用，進一步加深我們對量子世界及其潛在技術(shù)應用的理解。