精细结构常数（α），是物理中一个神密而关键的基本上常数，钱德拉塞卡曾称它是一个“魔数”；狄拉克曾说它的渊源是“物理中最主要的不解之谜”，在量子电动力学（QED）中，它界定了电磁感应相互影响的抗压强度。

精细结构常数是个无量纲常数，大概相当于1/137。这一标值针对大家宇宙空间中的天地万物而言都尤为重要，假如它再大一点，则会造成磁场力更强，分子更小等一系列状况；假如它再小一点，分子便会变的更高。难以想像，假如精细结构常数的值与之不一样，宇宙空间可能变为什么样子。但还可以确实的是——人们并不会发生。

殊不知，在一种很奇怪的量子材料中，这一操纵了银河系的重要常数越来越比原来标值更变大。在发布于9月10日的《物理评论快报》上的一篇毕业论文中，一组科学家汇报称，根据测算，她们看到在一种被称作量子自旋冰的材料中，精细结构常数大概是其标准值的10倍。

自旋冰是一类具备四面体晶格常数构造的材料，他们是由具备自旋的粒子构成的，这导致他们具备带磁。可是，他们的磁自旋展现出一种错综复杂的方式。

针对一般材料而言，当环境温度超过某一指定的值时，粒子的磁场要不朝同一方向排序，要不展现出在更替的方位排序。但在量子自旋冰中，粒子的排布形式促使他们的磁自旋即便在绝对零度下也没法一致。

往往产生这个状况，与他们拥有像金字塔式一样的晶面构造相关：粒子坐落于一系列“金字塔式列阵”的上面，每一个“金字塔式”的角与角相接，这种粒子可以实现的最贴近和睦的排布方法是，使2个自旋靠外，2个自旋朝里。将粒子的自旋旋转，就能获得所说的自旋子，这类准粒子能够在材料移动，并与别的自旋子相互影响，其功效方法类似存有于一般材料中的电子器件与其它通电粒子间的相互影响。

在量子自旋冰中，粒子（小黑点）坐落于金字塔式列阵（红)的上面。一般状况下，粒子的自旋（翠绿色箭头符号）如图所示中排序的那般，2个偏向金字塔式内，2个偏向金字塔式外。假如这一标准被摆脱，便会产生被称作自旋子（橘色和深蓝色）的准粒子。| 图片出处：S.D. PACE ET AL/PRL 2021

现阶段，试验科学家只发觉了量子自旋冰个人行为的一些征兆，理论家们仍在为鉴别这类材料找寻新的特点。但是，尽管生物学家都还没发觉一种可以彻底堪称是量子自旋冰的化学物质，但一种被称作烧绿石的矿物质被觉得是十分具备市场前景的自旋冰备选化学物质。这类矿石的具备带磁正离子或通电分子会排成金字塔式构形。

在新科学研究中，为了更好地掌握自旋冰粒子怎样相互影响，科学研究工作人员仿真模拟了自旋冰正电荷越过自旋冰的实际效果。她们依据自旋冰中的剩下静电场动能测算出了单电子电荷的抗压强度。根据将估计出的正电荷抗压强度值与以前测算的自旋冰光量子速率紧密结合，科学研究工作人员发觉，烧绿石金属氧化物的精细结构常数应是1/10，而不是1/137。假如全部宇宙中的精细结构常数如它在量子自旋冰中的标值一样大，那麼化学元素表里将仅有10个原素。

这也是科学研究工作人员初次下手测算量子自旋冰中的精细结构常数。新的数值将精细结构常数提升了约10倍，这说明量子自旋冰能够为探寻一般被遏制的QED全过程给予一个试验场地。例如据科研工作人员预测分析，这般强的QED相互影响，也许能让产生在量子自旋冰越迁溫度下的中子透射的可观察提高。

除此之外，她们发觉根据调节这类基础理论材料的特性，能够更改精细结构常数的值。这有利于生物学家科学研究更改精细结构常数会发生的危害——这也是一种万万达不到的检测，由于在人们的宇宙空间中，精细结构常数是不变的。

尽管现阶段生物学家都还没真真正正地观测到量子自旋冰的存有，但她们也许还可以应用量子电子计算机一类的量子机器设备来仿真模拟量子自旋冰，从而对这种材料开展科学研究。假如可以顺利地打造出量子自旋冰，那麼这种材料将揭露QED和数据库的特点怎样在一个更高的精细结构常数的宇宙空间中工作中。

#写作精英团队：

编译程序：毛毛雨

#参照来源于：

https://www.sciencenews.org/article/physics-quantum-spin-ice-fine-structure-constant

https://physics.aps.org/articles/v14/s115

#图片出处：

封面图来源于：motionstock / Pixabay