水分子间的库仑衰变 | 前沿快讯No.16

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快讯

基于高温铜基超导体新平台实现马约拉纳零能模

首次观察到内价电离后液态水分子间的库仑衰变

新的质子价夸克比值对质子结构描述提出挑战

高温马约拉纳零能模

由于在新技术上的广泛应用前景，未配对的马约拉纳零能模吸引了研究人员的注意，但同时也是量子物质物理学中的一个突出的尚未解决的挑战。全世界正在努力设计和制造新的平台，以在较为广泛的条件和可达到的温度下稳定地实现马约拉纳零能模。在较高温度下实现马约拉纳零能模的一个可能的途径是使用高温铜基超导体。

本文作者不列颠哥伦比亚大学Alejandro Mercado等人利用解析和数值方法，预测在三维拓扑绝缘体（如Bi2Se3）和高超导转变温度铜基超导体（如Bi2Sr2CaCu2O8+δ）扭曲双层界面结构的Abrikosov涡旋核中，可以出现未配对的马约拉纳零模。当扭转角接近45°时，高超导转变温度铜基超导体形成一个全能隙的拓扑超导体，转变温度接近其固有的超导转变温度——90K。这种结构中的马约拉纳零模将在前所未有的高温中持续存在，同时根据界面质量，可能会有比其他候选系统更大幅度的能隙来保护其存在。

相关研究成果以High-Temperature Majorana Zero Modes为题，发表在《物理评论快报》 Physical Review Letters 128, 137002 (2022)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.128.137002

液态水分子间的库仑衰变

电荷和能量转移过程是大多数物理、化学和生物过程背后的主要量子力学事件。由高能入射包括X射线、伽马射线和带电粒子等产生的内部价电子空位通常被一个价电子占据，同时其多余的能量用来电离另一个价电子。在这些过程中，最常见的是俄歇衰变，在内壳空位能量上高于双电离阈值时发生。但由于内价电离通常不满足这个条件，这些空位通过内部转换或荧光发生弛豫过程。如果分子被嵌入在这样一个环境中，就会打开一个更快的弛豫通道。在这个非局域体系中，物质A的内壳中空位通过将能量转移到邻近的物质B而发生弛豫，而物质B则通过从其外价壳中喷射电子发生电离。电子关联驱动的弛豫过程无处不在，这种原子间或分子间的库仑衰变在理解内价或核能级电离的能量转移动力学方面起着至关重要的作用。

本文作者苏黎世联邦理工学院Pengju Zhang等首次观察到了内价电离后液态水分子间的库仑衰变。通过将单色化的高次谐波波源与液体微射流相结合，记录了两个光子能量下的电子-电子光谱，并从中指认出分子间库仑衰变电子，同时还观测到了来自液态水的内价带的光电子。其结果证实了分子间库仑衰变在散装液态水中低能电子来源的重要性，并提供了定量的结果来模拟主导水中辐射损伤的慢电子速度分布。

相关研究成果以Intermolecular Coulombic Decay in Liquid Water为题，发表在《物理评论快报》 Physical Review Letters 128, 133001 (2022)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.128.133001

质子中的价夸克比

在粒子物理学的标准模型中，轻夸克有两种口味，上（u）和下（d）夸克；质子由两个价的上夸克和一个价的下夸克组成，之间由量子色动力学中的规范玻色子——胶子的交换关联所连接束缚。这些价夸克不是用来建立重子（中子，质子）量子力学性质的描述的组成夸克。此外，量子场论比量子力学要复杂许多，但同时保留了量子力学的所有基本特征。以上因素都意味着任何尝试用量子色动力学拉格朗日自由度来描述质子的波函数都需要无限多个项，每个项包含不同数量的胶子、夸克和反夸克。采用这种方法，质子波函数的问题一直难以解决。尽管涉及到这些挑战，质子波函数仍然是一个非常值得研究的物理量。事实上，类比氢原子的波函数，质子波函数将有助于理解量子色动力学的许多基本特征。例如，有了质子波函数，可以计算出质子内部表达量子色动力学胶子和夸克的数量密度分布（质子部分分布函数）的矩阵元。

本文作者南京大学物理学院崔著钫等从He3和H3的深度非弹性散射中结构函数比值的精确数据出发，采用一种稳定的方法来外推这些数据，以得到一个与模型无关的中子和质子结构函数的比率。与分析核深度非弹性散射时获得的信息相结合，同时对目标结构的依赖性进行修正，得出了质子价夸克比的预测值为0.230(57)，此结果对许多质子结构的描述提出了挑战。