迄今第一次觀察到核巴尼特效應！

迄今第一次觀察到核巴內特效應！20世紀歐文·理查森預言並由塞繆爾·巴尼特首次觀察到電子的巴尼特效應，是一個不帶電物體在繞長軸旋轉時的磁化效應。這是由於電子自旋的角動量和桿旋轉之間的耦合造成。現在紐約大學兩名研究人員用一種不同於巴尼特所使用的方法，觀察到了這種效應的另一種版本，稱為核巴尼特效應，它是由質子而不是電子的磁化引起。其研究發現發表在《物理評論快報》(PRL)上，首次對這種效應進行了實驗觀察。進行這項研究的研究人員之一莫森·阿拉貝爾(Mohsen Arabgol)說：

紐約大學一群同事參與了一個與大腦成像有關的項目，該項目背後的基本理念是通過利用巴尼特效應誘導旋轉，然後應用mri成像，使大腦分子極化，我對此很感興趣，決定在博士論文中研究探測巴內特核效應。最初，Arabgol和導師Tycho Sleator想要通過將光的軌道角動量轉移到樣品中來驅動實驗中使用的物體旋轉，很快意識到這種技術並沒有真正發揮作用。因此決定採用一種更有前途的方法，使用機械轉輪來驅動旋轉。機械旋轉器能夠使旋轉更大的水樣本，轉速接近每秒15000轉。

最後能夠證明核巴尼特效應。在實驗中，Arabgol和Sleator使用商用旋轉渦輪將水樣本旋轉到非常高的速度。還使用了一種非標準的核磁共振(NMR)機器，該機器的設計工作在低頻率。這與商業核磁共振系統形成了鮮明的對比，後者的工作頻率很高。在實驗中尋找核磁共振信號的變化，它與核磁共振頻率成反比。想要一個低頻核磁共振儀器，不得不自己設計和組裝部件。為了將其轉化為數字，最終使用了一台運行在1兆赫以下的設備，並開始搜索信號中幾個(1%到3%)的變化。

如果想要使用標準儀器，必須尋找信號中幾個數量級以下的變化，這是不可能的，因為有各種各樣的噪音。Arabgol和Sleator使用的核磁共振技術稱為CPMG-Add，通過處理一系列非常微弱的信號(或回波)來工作。由此產生的信號足夠強，很容易被研究人員的裝置檢測到，以至於達到的轉速使其發生了很大變化。這個實驗的美妙之處在於，它沒有發現一種非凡的技術或使用一種新穎的儀器，而是發現了實驗中許多參數非常狹窄的組合，並以對各種可用噪音的最高關注和意識來運行整個實驗。

最有趣的發現是，事實上，僅僅通過旋轉一個樣品就可以磁化質子。這非常令人興奮，因為這種效應的電子對應物在近100年前就已經被觀測到，不確定是否可能對質子做同樣的事情，尤其是考慮到同樣的效應在質子中比電子小近700倍。Arabgol和Sleator的第一個磁化質子，獲得了對核巴尼特效應的可靠觀測。研究的另一個有趣方面是，觀察到的磁化強度與磁場無關。這是特別值得注意的，因為研究人員到目前為止通常通過施加磁場使物體磁化。然而，由Arabgol和Sleator進行的研究證明，還有其他機制可以誘導磁化，而不一定產生磁場。

從理論角度來看，這些觀測結果加強了目前對磁化和旋轉之間關係的理解。從實用角度來看，可以通過引入一種不需要磁鐵就能誘導磁化的新技術來幫助開發超低頻核磁共振系統。同時對液體進行了實驗，下一步很有邏輯，就是驗證固體燃料的結果。用同樣的技術測量固體的巴尼特效應會困難得多。正如之前所解釋的，這種影響非常小，最終只有非常有限的參數組合才能起作用，不幸的是，幾乎不可能找到固體的這種組合。然而，值得注意的是，只是解決這一問題的一種方法，其他技術可能更有前景。

博科園｜Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli,Phys

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.177202

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