Fysiker har skapat ett nytt sätt att observera detaljer om strukturen och sammansättningen av material som förbättrar tidigare metoder. Konventionell spektroskopi ändrar ljusfrekvensen på ett prov över tiden för att avslöja detaljer om dem. Den nya tekniken, Rabi-oscillationsspektroskopi, behöver inte utforska ett brett frekvensområde, så kan fungera mycket snabbare. Denna metod kan användas för att förhöra våra bästa teorier om materia för att skapa en bättre förståelse av det materiella universum.

Även om vi inte kan se dem med blotta ögat, vi är alla bekanta med de atomer som utgör materia. Samlingar av positiva protoner, neutrala neutroner och negativa elektroner ger upphov till allt material vi interagerar med. Dock, det finns mer exotiska former av materia, inklusive exotiska atomer, som inte är gjorda av dessa tre grundkomponenter. Muonium, till exempel, är som väte, som vanligtvis har en elektron i omloppsbana runt en proton, men har en positivt laddad muonpartikel i stället för protonen.

Muoner är viktiga i banbrytande fysik eftersom de tillåter fysiker att testa våra bästa teorier om materia som kvantelektrodynamik eller standardmodellen, med extremt hög noggrannhet. Detta i sig är viktigt, som bara när en robust teori skjuts till dess ytterligheter kan sprickor börja bildas som kan indikera var nytt, mer fullständiga teorier behövs och till och med vad de kan vara. Det är därför studiet av muonium är av stort intresse för fysikgemenskapen, men fram tills nu, den har undgått detaljerad observation.

"Muonium är en mycket kortlivad atom, så det är viktigt att göra snabba observationer med så mycket effekt som möjligt för att få den bästa signalen från den begränsade observationstiden, "sade docent Hiroyuki A.Torii från Graduate School of Science vid University of Tokyo." Konventionella spektroskopiska metoder kräver upprepade observationer över en rad frekvenser för att hitta den specifika nyckelfrekvens vi letar efter, känd som resonansfrekvensen, och det tar tid. "

Så, Torii och hans team utarbetade en ny typ av spektroskopisk metod som använder sig av en välförstått fysisk effekt som kallas Rabi-oscillation. Rabi-oscillationsspektroskopi behöver inte söka efter frekvenssignaler för att förmedla information om en atom. Istället, den tittar på råsensorn, eller tidsdomän, data över en kortare tid och levererar information baserat på det. Denna nya metod erbjuder stora förbättringar i precision.

"Studiet av exotiska atomer kräver kunskap om lågenergi atomfysik och partikelfysik med hög energi. Denna kombination av discipliner inom fysiken föreslår att vi är på väg till en mer fullständig förståelse av vårt materiella universum, "sa Torii." Jag är ivrig efter att se fysiker använda Rabi-oscillationsspektroskopi för att se allt djupare in i världen av exotiska atomer som innehåller ovanliga partiklar och isotoper, och andra typer av materia skapade vid partikelacceleratorer runt om i världen. "