相互排斥通常会使正离子彼此分离。但根据7月30日出版的《物理评论快报》上发表的研究,排斥力实际上可能有助于一组被捕获的离子聚集在一起。这种现象使得以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的研究人员能够对离子组进行极其精确的质量测量,并且也可能为新型廉价质谱仪指明方向。
离子被困在一个包含两个静电“镜子”的阱中。根据离子的质量,它们在镜子之间以不同的速度反弹:一组轻离子来回反弹的速度比一组重离子快。研究人员希望利用离子云来回振荡的频率来测量单个离子的质量,但他们预计只能进行有限的测量。他们预测,离子的相互排斥,以及速度和轨迹的差异,会导致离子云在几次振荡后分散开来。
情况确实如此,直到有一天他们调整了镜子的电压,发现他们可以使离子无限期地粘在一起。“我们的第一反应是,'这不可能,'”该小组的负责人丹尼尔·扎伊夫曼告诉《物理评论焦点》。 “然后我们不得不挠头,试图理解它。”
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扎伊夫曼和他的同事现在有一个理论来解释是什么导致离子紧密地聚集在一起。当云团沿着阱的长度移动时,它会分散开来,因为单个离子以不同的速度移动。在阱的末端,电场将云团聚焦到静电镜中。在镜子内部,快速和慢速离子聚集在一起,然后被它们的相互排斥力推开。在挤压和推挤的过程中,快速离子加速了慢速离子,反之亦然。因此,当云团从镜子中出来时,所有离子都以几乎相同的速度移动。最终的效果是,云团每次到达阱的末端时都会被重新打包。
由于云团在多次行程中保持在一起,该团队能够非常准确地测量其频率,从而测量其质量。扎伊夫曼和他的同事认为,他们的离子阱可以像世界上最先进的价值数百万美元的质谱仪一样出色。