Natuurkundigen hebben een nieuwe manier ontwikkeld om details over de structuur en samenstelling van materialen te observeren die een verbetering is ten opzichte van eerdere methoden. Conventionele spectroscopie verandert de frequentie van het licht dat op een monster schijnt in de loop van de tijd om details over hen te onthullen. De nieuwe techniek, Rabi-oscillatie spectroscopie, hoeft geen breed frequentiebereik te verkennen, dus kan veel sneller werken. Deze methode zou kunnen worden gebruikt om onze beste theorieën over materie te ondervragen om een ​​beter begrip van het materiële universum te krijgen.

Hoewel we ze niet met het blote oog kunnen zien, we zijn allemaal bekend met de atomen waaruit materie bestaat. Verzamelingen van positieve protonen, neutrale neutronen en negatieve elektronen geven aanleiding tot alle materie waarmee we in wisselwerking staan. Echter, er zijn meer exotische vormen van materie, inclusief exotische atomen, die niet van deze drie basiscomponenten zijn gemaakt. Muonium, bijvoorbeeld, is als waterstof, die typisch één elektron in een baan rond één proton heeft, maar heeft een positief geladen muondeeltje in plaats van het proton.

Muonen zijn belangrijk in de geavanceerde fysica, omdat ze natuurkundigen in staat stellen onze beste theorieën over materie te testen, zoals kwantumelektrodynamica of het standaardmodel, met extreem hoge nauwkeurigheid. Dit is op zich belangrijk, want alleen wanneer een robuuste theorie tot het uiterste wordt geduwd, kunnen er scheuren ontstaan ​​die zouden kunnen aangeven waar nieuwe, er zijn meer complete theorieën nodig en zelfs wat ze zouden kunnen zijn. Dit is de reden waarom de studie van muonium van groot belang is voor de natuurkundige gemeenschap, maar tot nu toe, het is aan gedetailleerde observatie ontsnapt.

"Muonium is een zeer kortlevend atoom, het is dus belangrijk om snelle waarnemingen te doen met zoveel mogelijk power om het beste signaal te krijgen uit de beperkte observatietijd, " zei universitair hoofddocent Hiroyuki A.Torii van de Graduate School of Science aan de Universiteit van Tokyo. "Conventionele spectroscopische methoden vereisen herhaalde waarnemingen over een reeks frequenties om de specifieke sleutelfrequentie te vinden waarnaar we op zoek zijn, bekend als de resonantiefrequentie, en dat kost tijd."

Dus, Torii en zijn team bedachten een nieuw soort spectroscopische methode die gebruik maakt van een goed begrepen fysiek effect dat bekend staat als Rabi-oscillatie. Rabi-oscillatiespectroscopie hoeft niet naar frequentiesignalen te zoeken om informatie over een atoom over te brengen. In plaats daarvan, het kijkt naar de onbewerkte sensor, of tijddomein, gegevens over een kortere tijd en levert op basis daarvan informatie. Deze nieuwe methode biedt enorme verbeteringen in precisie.

"De studie van exotische atomen vereist kennis van laagenergetische atoomfysica en hoogenergetische deeltjesfysica. Deze combinatie van disciplines binnen de natuurkunde suggereert dat we op weg zijn naar een vollediger begrip van ons materiële universum, " zei Torii. "Ik zie graag dat natuurkundigen Rabi-oscillatiespectroscopie gebruiken om steeds dieper in de wereld van exotische atomen te kijken die ongebruikelijke deeltjes en isotopen bevatten, en andere soorten materie gecreëerd bij deeltjesversnellers over de hele wereld."