环球时讯:完成爱因斯坦的理论 - 电场收缩可视化为粒子物理学带来新突破

来源:cnBeta


(资料图)

大阪大学的研究人员展示了由快速移动的带电粒子产生的电场的相对论收缩,正如爱因斯坦的理论所预测的那样,这可以帮助改善辐射和粒子物理学研究。一个多世纪前,最著名的现代物理学家之一阿尔伯特-爱因斯坦提出了开创性的狭义相对论。我们所知道的关于宇宙的大部分知识都是基于这一理论,然而,其中一部分直到现在还没有得到实验证明。

来自大阪大学激光工程研究所的科学家们首次利用超快的电光测量,将以接近光速行驶的电子束周围的电场收缩可视化,并展示了其产生过程。

根据爱因斯坦的狭义相对论,人们必须使用结合空间和时间坐标的"洛伦兹变换",以准确描述以接近光速的速度通过观察者的物体的运动。他能够解释这些变换如何导致电场和磁场的自洽方程式。

虽然相对论的不同效应已经被无数次证明,达到了非常高的实验精度,但相对论仍有部分内容尚未在实验中被揭示。具有讽刺意味的是,其中之一就是电场的收缩,它在电磁学中被表现为一种特殊的相对论现象。

伴随着近光速电子束传播的平面电场收缩的形成过程说明(图中显示为椭圆)。资料来源:Masato Ota, Makoto Nakajima

现在,大阪大学的研究小组首次在实验中证明了这种效应。他们通过测量由线性粒子加速器产生的高能电子束周围的库仑场在空间和时间上的轮廓完成了这一创举。利用超快的电光采样,他们能够以极高的时间分辨率记录电场。

据报道,时间和空间的洛伦兹变换以及能量和动量的洛伦兹变换分别由时间膨胀实验和静止质量能量实验证明。在这里,该团队研究了一种类似的相对论效应,称为电场收缩,它对应于电磁势的洛伦兹变换。

项目负责人Makoto Nakajima教授说:"我们可视化了在接近光速传播的电子束周围电场的收缩。此外,研究小组在电子束穿过金属边界后立即观察到了电场收缩的过程。"

据说,在发展相对论时,爱因斯坦用思想实验来想象乘坐光波会是什么样子。中岛教授说:"在爱因斯坦预测了电场的相对论效应100多年后,证明它甚至还有一些诗意,电场是当初形成相对论的一个关键因素。"

这项研究的观察结果与爱因斯坦在电磁学中的狭义相对论的预测密切匹配,可以作为高能粒子束的测量和其他高能物理学实验的平台。

关键词: 阿尔伯特·爱因斯坦 可视化技术 大阪大学

推荐

直播更多》

关闭

资讯更多》

焦点