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几何动量的实验验证----中国理论和德国实验之间的一场美丽邂逅 精选

已有 9564 次阅读 2018-5-6 07:11 |个人分类:拾穗记|系统分类:科研笔记| 几何, 物理, 弯曲空间, 几何动量

2011年,我们提出几何动量的概念。2015年,国际上(德国三个单位的一个合作小组)首次在在论文题目中使用几何动量。

Ron Spittel, Patrick Uebel, Hartmut Bartelt, and Markus A. Schmidt 

Curvature-induced geometric momenta: the origin of waveguide dispersion of surface plasmons on metallic wires

Optics Express Vol. 23, Issue 9, pp. 12174-12188 (2015) https://doi.org/10.1364/OE.23.012174

Optics Express还是一个顶级(top)刊物。

oe is a top j.jpg

好友提醒我,这篇论文的结果说明他们的实验,验证了几何动量。

知道这篇文章,但是没有细读。论文更像一个数值模拟,而不像一个实验结果。欧洲人也不太会主动验证一个中国人提出的概念吧?

后来,好友再次提醒要仔细读读他们课题组的文章。几何动量被实验验证对约束体系量子力学来说是一件好事,对中国人的理论研究来说也是一件大事,要认真对待!要我查查究竟!于是,认真做了一点文献检索。

原来,德国合作组早在2012年就在实验上看到了一个奇怪的现象,为了和实验结果相符,他们进行了一些不合理的理论假设。等到注意到我们的文章,用几何动量计算,才发现,原来不从几何动量计算出发的计算是错误的!

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2017年,他们在两个国际会议上,报告了全过程。

一次在美国加州,San Jose, California,时间是14–19 May 2017。报告的题目是:

Nanowire-based hybrid optical fibers: a platform for nonlinear light generation, nanoscale plasmonics and single nanoobject detection

论文集:https://www.osapublishing.org/conference.cfm?meetingid=124&yr=2017#STu3K

一次在欧洲慕尼黑,Munich, Germany,时间是25-29 June 2017。报告的题目是:

Nanowire-based hybrid optical fibers: A platform for nonlinear light generation and plasmonics

论文集:https://ieeexplore.ieee.org/document/8087745/  或

https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=CLEO_Europe-2017-JS_LIM_CLEO_Europe_1_3

关于几何动量的实验验证部分,大同小异。

早在2012年,在一根金属纳米线的表面,产生出一个螺旋状的表面等离子体激化子(surface plasmon polaritons (SPPs)),他们发现激化子的轨迹仅仅受到金属纳米线的平均曲率的影响!注意:近代物理学建立在内蕴(或者内禀)几何的基础之上,而平均曲率是所谓的外曲率

gm exp comfirmation.jpg

(Planar SPP spiraling on the surface of a metallic nanowire (lower image: SEM of a gold NW))

实验结果见:

[12] P. Uebel, M. A. Schmidt, H. W. Lee and P. S. J. Russell, Opt. Exp. 20, 28409 (2012).

[13] H. W. Lee, M. A. Schmidt and P. S. J. Russell, Opt. Lett. 37, 2946 (2012).

为了和实验结果相符,他们自己的计算"依赖一个靠不住的数学替换"

gm exp comfirmation4.jpg

直到2015年,他们小组注意到我们提出的几何动量。然后利用几何动量进行计算,才发现原来没有几何动量的的理论是不对的:

gm exp comfirmation1.jpg

gm exp comfirmation2.jpg

gm exp comfirmation3.jpg

不过,在2017年的两次报告中,在说明几何动量的实验验证时,都是直接引用的是2015年他们在OE上的文章,例如:

gm exp comfirmation2012.jpg

2016 talk.jpg

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进一步的文献检索发现,在多个场合,他们都提到了几何动量的实验验证。例如:2016年的如下两次会议上:

1,Proceedings Volume 9916, Sixth European Workshop on Optical Fibre Sensors; 991601 (2016); doi: 10.1117/12.2242681

Liquid and solid nanowires in fibers: a new base for plasmonic nanoprobes and single virus sensing

Markus A. Schmidt, Leibniz Institute of Photonic Technology e. V. (Germany)

2,https://www.european-mrs.com/2016-spring-symposium-m-european-materials-research-society

Hybrid optical fibers: a new base for plasmonic nanoprobes and optofluidic nanoparticle sensing

Authors : Markus A. Schmidt

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本质上而言,这些实验并非专门为了验证几何动量而设计,而是为了探讨新奇的实验现象而设计。换言之,验证几何动量不过是无心插柳而已。这和水星近日点进动的解释很像。观测数据和牛顿的引力理论就是不符,很久也解释不了,一直等到爱因斯坦的广义相对论出现,结果成了该理论的三大检验之一。

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最后,摆出课题组长的照片(取自Adv. Optical Mater. 2016, 4, 13–36)。对这位帅哥表示感谢!

ProfMASchmidt1.jpg

ProfMASchmidt2.jpg



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