中子是沒有電荷的亞原子粒子，不像質子和電子。這意味著，雖然電磁力對輻射和材料之間的大部分相互作用負責，中子基本上對這種作用是免疫的。

　　相反，中子被原子核中的一個叫做強力的東西所連接在一起，強力是自然的四大基本力之一。顧名思義，這種力確實非常強大，但只是在非常近的范圍內--它的下降是如此之快，以至于可以忽略超過1/10000原子的大小。

　　但現在，麻省理工學院研究人員發現，中子實際上可以被用來吸附被稱為量子點的粒子，這些粒子由成千上萬的原子核組成，僅僅是由強大的力所持有。

　　這項新發現可能會帶來有用的新工具，用于探索量子級材料的基本性質，包括強力所產生的性質，以及探索新型的量子信息處理設備。

　　據此，中子被廣泛用于通過中子散射方法探測材料的特性，在這種方法中，中子束集中在樣品上，而從材料原子上彈射出來的中子可以被檢測到，以揭示材料的內部結構和動態。

　　但是在這項新的研究之前，沒有人認為這些中子可能真的會粘在他們正在探測的材料上。"事實上(中子)可能會被這些材料所束縛，似乎沒有人知道這一點，"同時也是材料科學和工程學教授的李說。他說：“我們感到驚訝的是，在我們調查過的專家中，這種情況確實存在，而且以前沒有人談論過這種情況。

　　李解釋說，這項新發現之所以如此令人吃驚，是因為中子不與電磁力相互作用。他說，在四種基本力中，重力和弱力"通常對材料不重要"。"幾乎所有的東西都是電磁相互作用，但在這種情況下，由于中子沒有電荷，所以這里的相互作用是通過強相互作用產生的，我們知道這是很短的距離。它的有效范圍是10到負15的功率，"或者是米的百萬分之一。

　　"它很小，但是非常強烈。"他談到將原子核聚集在一起的這種力。"但有趣的是，在這個中子量子點上，我們已經有了幾千個原子核，它能夠穩定這些約束態，這些約束態具有更多的彌散波函數，達到幾萬納米[十億分之一米]。這些量子點中的中子約束態實際上與湯姆森發現電子后建立的梅花布丁模型非常相似。"

　　這是如此的意外，李稱之為"量子力學問題的一個相當瘋狂的解決方案"。這個團隊稱這個新發現的狀態為人造的"中子分子"。"

　　這些中子分子是由量子點構成的，量子點是微小的晶體粒子，原子集合的原子如此之小，以至于它們的性質更多地受粒子的精確尺寸和形狀而不是它們的組成所支配。量子點的發現和控制是2023年諾貝爾化學獎的主題， 獲麻省理工學院蒙吉巴文迪教授獎 另外兩個。

　　卡佩拉羅說:"在傳統的量子點中，電子被宏觀原子所產生的電磁電位所捕獲，因此它的波函數延伸到大約10納米，遠遠大于典型的原子半徑。""同樣，在這些核量子點中，單個中子可以被納米晶捕獲，其大小遠遠超過核力的范圍，并顯示類似的量子能。"當這些能量跳躍給量子點以顏色時，中子量子點可以用來存儲量子信息。

　　這項工作是基于理論計算和計算模擬."我們用兩種不同的方式進行了分析，最終也用數字進行了驗證，"李說。他說，盡管這種影響以前從未被描述過，但原則上沒有理由不能更早地找到:"從概念上講，人們應該已經考慮過了，"他說，但就團隊能夠確定的程度而言，沒有人能夠做到。

　　進行計算的困難之一是所涉及到的非常不同的尺度:中子與它們所連接的量子點的結合能大約是以前已知中子與一小群核結合的條件的萬億分之一。在這項工作中，研究小組使用了一種名為"格林函數"的分析工具，以證明強大的力量足以捕獲最小半徑為13納米的量子點中子。

　　然后，研究人員詳細模擬了一些特殊情況，比如使用鋰氫化物納米晶，一種作為可能的氫儲存介質的材料。他們表明，中子與納米晶的結合能取決于晶體的精確尺寸和形狀，以及相對于中子的核旋轉極化。他們還計算了材料的薄膜和導線相對于微粒的類似效應。

　　但是李說，實際上，在實驗室中制造這樣的中子分子，除其他外，需要專門的設備來保持溫度在絕對零度以上千分之一開爾文的范圍內，這是具有適當專業知識的其他研究人員必須要做的事情。

　　李指出，"人造原子"由具有相同性質的原子組合而成，可以在許多方面像單個原子一樣發揮作用。同樣，他說，這些人造分子提供了一個"有趣的模型系統"，可以用來研究"有趣的量子力學問題"，比如這些中子分子是否會有一個模仿原子的電子殼結構。

　　"一個可能的應用，"他說，"也許我們可以精確地控制中子狀態。通過改變量子點振蕩的方式，也許我們可以把中子射出一個特定的方向。中子是引發裂變和聚變反應的強大工具，但到目前為止，很難控制單個中子。他說，這些新的約束態可以對單個中子提供更大程度的控制，這可能在新的量子信息系統的發展中發揮作用。

　　李說:"一個想法是利用它來操縱中子，然后中子就能影響其他的核旋轉。"在這個意義上，他說，中子分子可以作為獨立原子核旋轉之間的中間體--這種核旋轉是一種屬性，在發展量子計算機系統的過程中，它已經被用作基本的存儲單元。

　　"核旋轉就像一個靜止的量子位，中子就像一個飛行的量子位，"他說。"這是一個潛在的應用。"他補充說，這與"基于電磁的量子信息處理完全不同，迄今為止，量子信息處理是主導范式。所以，不管它是超導量子位，還是被捕獲的離子或氮空缺中心，大多數都是基于電磁相互作用的。在這個新系統中，我們有中子和核旋轉。我們剛剛開始探索我們現在能做些什么。"

　　另一個可能的應用，他說，是一種成像，使用中性激活分析。"中子成像是對X射線成像的補充，因為中子與光元素的相互作用要強烈得多，"李說。它還可用于材料分析，這不僅可以提供有關元素成分的信息，甚至可以提供關于這些元素的不同同位素的信息。"很多化學成像和光譜學沒有告訴我們有關同位素的情況，"他說，中子法可以這樣做。

　　這項研究得到了美國海軍研究辦公室的強力支持。

　　以上是關于MIT研究員發現種子分子的全部新聞，歡迎大家添加VX：Tops6868。托普仕留學多年名校申請經驗助力你的留學申請。