粒子加速器ＤＡＦＮＥ升級(jí)工程

意大利的科學(xué)家對(duì)粒子加速器DAFNE進(jìn)行了升級(jí)改造，大大提高了所加速的電子與正電子發(fā)生對(duì)撞的速率.他們的成功為建造能量將提高10倍的新的大加速器積累了經(jīng)驗(yàn).

幾個(gè)月前完成的升級(jí)工程已使DAFNE電子與正電子對(duì)撞的亮度提高了一倍.科學(xué)家們相信，幾個(gè)月后，亮度可比現(xiàn)在還要提高3到6倍.

DAFNE是羅馬附近的弗拉斯卡蒂國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)緊湊型圓形加速器.它有兩個(gè)儲(chǔ)存環(huán)，每個(gè)長(zhǎng)100m，可以將電子與正電子束的能量加速到0.5 GeV.在環(huán)的某一點(diǎn)上，電子與正電子被引出并發(fā)生碰撞，剩余的束流再次被送入環(huán)中.

電子與正電子的碰撞可產(chǎn)生φ介子，這是一種由一對(duì)奇異夸克和反奇異夸克組成的短壽命介子.通過(guò)研究這些介子的衰變過(guò)程(特別是衰變成較輕的K介子的過(guò)程)，DAFNE的科學(xué)家們?cè)谶^(guò)去的幾年中研究了與量子色動(dòng)力學(xué)和電荷宇稱的破缺有關(guān)的問題.

DAFNE建于1997年，那時(shí)由于能夠產(chǎn)生大量的φ介子而被認(rèn)為是世界上第一臺(tái)粒子“工廠”.去年下半年完成的升級(jí)改造的目的是想了解能否以最少的代價(jià)得到更高的亮度.升級(jí)工作的成功，證明關(guān)于計(jì)劃中的SuperB超介子工廠的方案的可行性.SuperB將用于研究更重的B介子的衰變.

（樹華 編譯自Physics World News, 11 June 2008）

利用碳納米管中的自旋和軌道自由度

電子自旋在信息處理中可以被作為二元變量使用，分別表示為自旋↑和↓ .一個(gè)成功的例子是：計(jì)算機(jī)硬盤的讀出頭.這一器件的工作原理是基于巨磁電阻效應(yīng)，即磁電阻大小的自旋取向依賴性.巨磁電阻現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者Albert Fert 和 Peter Grünberg 獲得了2007年度諾貝爾物理獎(jiǎng).對(duì)于自旋態(tài)的操控和探測(cè)構(gòu)成了自旋電子學(xué)的基礎(chǔ).在自旋電子學(xué)器件中，人們希望電子自旋的取向盡量不受電子軌道運(yùn)動(dòng)的干擾，以致于自旋信息可以傳播更遠(yuǎn)的距離.碳原子核沒有核自旋，加之它的尺寸較小，因此大大減小了電子的自旋-軌道相互作用.碳被認(rèn)為是理想的自旋電子學(xué)材料.然而，最近來(lái)自康奈爾大學(xué)物理系的F. Kuemmeth 等對(duì)碳納米管的研究結(jié)果表明，其中電子自旋和軌道運(yùn)動(dòng)的耦合比我們先前所設(shè)想的要強(qiáng)得多.

碳納米管的筒狀結(jié)構(gòu)，使得電子的軌道運(yùn)動(dòng)分為順時(shí)針和逆時(shí)針2種取向.這一性質(zhì)可以用于操控電子，同時(shí)也為信息處理提供了又一對(duì)二元變量.在F. Kuemmeth 等的實(shí)驗(yàn)中，碳納米管被制備成量子點(diǎn)；一個(gè)門電極（電壓Vg）用于限制量子點(diǎn)中的電子數(shù)（一個(gè)或沒有），通過(guò)庫(kù)侖阻塞，隔絕其中電子與環(huán)境間的“電子-電子”相互作用；源和漏電極分別接到納米管的兩端（電壓Vsd）.對(duì)納米管施加平行磁場(chǎng)，當(dāng)量子點(diǎn)中的電子數(shù)加一或減一時(shí)，研究者測(cè)量量子點(diǎn)的微分電導(dǎo)，G = dI/dVsd （作為Vg和Vsd的函數(shù)），從而可以計(jì)算出點(diǎn)中電子的能級(jí).他們發(fā)現(xiàn)，“自旋↑和↓”疊加“軌道運(yùn)動(dòng)順時(shí)針和逆時(shí)針”，從而形成4種“自旋-軌道”態(tài)，這4種態(tài)即使在不加外場(chǎng)的條件下，其能級(jí)也不是簡(jiǎn)并的.這只能用強(qiáng)自旋-軌道耦合來(lái)解釋.有專家評(píng)論說(shuō)，這一看似抹殺碳元素優(yōu)點(diǎn)的結(jié)果，很可能會(huì)拓展出一條(僅僅使用電手段)操控電子自旋的新途徑.

（戴聞 編譯自 Nature, 2008, 452: 419, 448）