科學家們近日在精密實驗中對電子的觀察達到了前所未有的細致程度，這得益于他們采用激光聚焦技術進行的創新研究。

日前，美國能源部托馬斯·杰斐遜國家加速器設施的核物理學家取得了一項重大突破：他們成功打破了近30年來電子束內平行自旋測量（簡稱電子束偏振測量）的世界紀錄。

這一重大成就為杰斐遜實驗室進行的一系列備受關注的實驗奠定了堅實基礎，這些實驗有望為物理學領域帶來新的重大發現。

在最新一期《物理評論C》雜志上，杰斐遜實驗室的研究人員與科學用戶合作，共同報告了他們的測量結果。這些結果比1994-1995年在加州門洛帕克SLAC國家加速器實驗室進行的SLAC大型探測器（SLD）實驗所獲得的基準測量結果更為精確。

杰斐遜實驗室的實驗核物理學家、論文的合著者Dave Gaskell表示：“在世界任何地方的任何實驗室，都沒有人能夠如此精確地測量到電子束的極化。這不僅是康普頓極化法的基準，也是任何電子極化測量技術的基準。”

康普頓偏振法是一種通過探測光子（被帶電粒子如電子散射的光粒子）來測量電子束極化的方法。這種散射現象（即康普頓效應），可以通過激光和電子束之間的碰撞來實現。

電子和光子都具有一種稱為自旋的特性，物理學家使用角動量來描述它。自旋是電子等粒子的固有屬性，類似于質量或電荷。當粒子在給定時間內以相同方向旋轉時，這個量被稱為極化。對于物理學家來說，了解這種極化在探索物質最微小尺度上的核心屬性至關重要。

杰斐遜實驗室的另一位物理學家、論文的合著者Mark Macrae Dalton形象地比喻道：“把電子束想象成你用來測量東西的工具，就像一把尺子。這把尺子的單位是英寸還是毫米？你必須理解這把尺子才能理解任何測量。否則，你就無法測量任何東西。”

科學家們在鈣半徑實驗(CREX)期間，同步開展了鉛半徑實驗(PREX-II)，從而達成了超高精度的效果，以探測中重原子和重原子的原子核，以了解其“中子皮”的結構。

最終，他們在鈣半徑實驗(CREX)過程中，通過康普頓偏振法連續測量電子束的偏振，精度為0.36%。這超過了SLAC SLD實驗中報告的0.5%。

通過打破精度世界紀錄并深入探索自旋電子，科學家們為物理學領域帶來了新的突破和可能性。這一創新性的研究不僅展示了激光聚焦技術的強大潛力，還為未來的實驗和發現奠定了堅實的基礎