激光网2月28日消息，最简单的分子H2+是宇宙中最早形成的分子之一。这使得它对天体物理学具有重要意义，同时也是基础物理学的重要研究对象。但是，很难在实验中研究。
杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的一组物理学家现在首次成功地用激光测量了分子的振动。根据发表在《自然物理学》上的一项研究，结果与理论预测非常吻合。
H2+是大爆炸后最早形成的分子之一。它由宇宙早期形成的最基本的成分组成：两个氢核和一个电子。电子将两个质子结合在一起形成分子。在粒子运动和力的相互作用下，两个质子振动和旋转。
尽管它相对简单，但 H2+迄今为止，仍相对未被探索。由于两个原子核的电荷和质量对称性，该分子几乎不吸收和发射可见光和红外辐射。因此，用望远镜观测它几乎是不可能的，这意味着天文学家很难找到H2+在宇宙中并研究它。
分子的不同振动和旋转状态对应于特定的激发能量。当一个分子在两种这样的状态之间转换时，它会吸收或发射一定量的能量，即光子。这是具有特定频率的电磁辐射量子。以前的实验室实验大多测量了这些H量子2+间接地，他们都没有使用过激光。
来自HHU实验物理研究所的博士后Soroosh Alighanbari博士，博士生Magnus Schenkel和Stephan Schiller教授博士现在首次直接研究了H2+可以使用激光使分子旋转和振动。
Schenkel 开发了一种独特的激光系统，该系统被证明可以有效地激发两种振动状态之间的转换。激光系统特别复杂，因为它需要单色激光辐射，即具有非常特定的频率，在波长为 2.4 微米的红外光谱中，并且功率很高。
杜塞尔多夫的物理学家的目标是尽可能精确地测量所需辐射量子的频率，他们在实验中达到了前所未有的精度水平。他们在《自然物理学》上详细描述了他们的测量结果，揭示了与理论预测相匹配的频率值。这里的关键方面是，物理学家将要检查的分子限制在一个陷阱中，在陷阱中，进一步的激光将它们冷却到接近绝对零度的温度。
比较 H 的旋转能量和振动能量的精确测量2+它们的理论计算还有一个更基本的应用领域：它能够测试控制粒子之间相互作用的基本物理定律，因为这些定律构成了能量理论计算的基础。
此外，H 的能量2+取决于物理学的基本常数，例如质子-电子质量比。因此，仔细测量能量可以确定物理常数。席勒和他的团队现在已经成功地使用激光光谱学实现了这一点。质量比的相对不确定度为3×10-8.这不如其他方法准确，但这种测量只是第一步。
未来，物理学家的目标是进一步改善他们的测量结果。该研究的作者之一Alighanbari博士说：“我们用H的'表亲'测试了我们方法的潜力——H2+分子——这使我们能够更快地进行。
在HD中，质子被氘子取代，这使得分子在光谱学方面更容易接近。Alighanbari说：“我们实际上可以使用我们的设备进行更精确的测量，这激励我们再次尝试使用H+2+在不久的将来。
对 H2+ 中的振动跃迁进行超精确光谱分析的可能性也为探索物理学的新领域开辟了更深远的视角。
席勒说：“我们目前的结果是精确比较物质和反物质行为的第一步：我们将使用H的光谱学H2+和它的反物质对应物，以寻求其振动能量中可能存在的极小差异。这样的测量对于我们理解为什么我们的宇宙充满了物质，但几乎没有任何反物质具有重要意义。
