量子氣體非常適合研究物質(zhì)相互作用的微觀后果。今天，科學家們可以在實驗室中精確控制極度冷卻的氣體云中的單個粒子，揭示在日常生活中無法觀察到的現(xiàn)象。例如，玻色-愛因斯坦凝聚中的單個原子是完全離域的。這意味著在任何給定時間，凝聚物中的每個點都存在相同的原子。兩年前，由因斯布魯克大學實驗物理系和奧地利因斯布魯克科學院量子光學與量子信息研究所的 Francesca Ferlaino 領導的研究小組首次成功地在超低溫下產(chǎn)生了超固態(tài)。磁性原子的量子氣體。磁相互作用導致原子自組織成液滴并以規(guī)則模式排列。
“通常情況下，你會認為每個原子都存在于一個特定的液滴中，無法在它們之間找到，”Francesca Ferlaino 團隊的 Matthew Norcia 說。“然而，在超固態(tài)下，每個粒子都在所有液滴中離域，同時存在于每個液滴中。所以基本上，你有一個具有一系列高密度區(qū)域(液滴)的系統(tǒng)，這些區(qū)域都共享相同的離域原子。”盡管存在空間秩序(超流動性)，但這種奇異的構(gòu)造仍能產(chǎn)生無摩擦流動等效果。”Francesca Ferlaino 團隊的 Matthew Norcia 說。“然而，在超固態(tài)下，每個粒子都在所有液滴中離域，同時存在于每個液滴中。所以基本上，你有一個具有一系列高密度區(qū)域(液滴)的系統(tǒng)，這些區(qū)域都共享相同的離域原子。”盡管存在空間秩序(超流動性)，但這種奇異的構(gòu)造仍能產(chǎn)生無摩擦流動等效果。”Francesca Ferlaino 團隊的 Matthew Norcia 說。“然而，在超固態(tài)下，每個粒子都在所有液滴中離域，同時存在于每個液滴中。所以基本上，你有一個具有一系列高密度區(qū)域(液滴)的系統(tǒng)，這些區(qū)域都共享相同的離域原子。”盡管存在空間秩序(超流動性)，但這種奇異的構(gòu)造仍能產(chǎn)生無摩擦流動等效果。
新維度、新效果等你探索
到目前為止，量子氣體中的超固態(tài)只能被觀察為一串液滴(沿著一個維度)。“與漢諾威萊布尼茨大學的理論家 Luis Santos 和因斯布魯克的 Russell Bisset 合作，我們現(xiàn)在將這種現(xiàn)象擴展到二維，從而產(chǎn)生了具有兩排或更多排液滴的系統(tǒng)，”Matthew Norcia 解釋道。這不僅是數(shù)量上的改進，而且還極大地拓寬了研究視野。“例如，在二維超固體系統(tǒng)中，人們可以研究渦流是如何在幾個相鄰液滴之間的孔中形成的，”他說。“這些理論上描述的渦流尚未得到證實，但它們代表了超流體的一個重要后果，”弗朗西斯卡費萊諾已經(jīng)在展望未來。
新研究領域：超固體
50 年前預測，在超流氦中已經(jīng)廣泛研究了具有驚人特性的超固體。然而，經(jīng)過數(shù)十年的理論和實驗研究，該系統(tǒng)中超固體的明確證據(jù)仍然缺失。兩年前，位于比薩、斯圖加特和因斯布魯克的研究小組首次獨立成功地利用超冷量子氣體中的磁性原子制造了所謂的超固體。超固體這個新的、不斷發(fā)展的研究領域的基礎是磁性原子的強極性，它的相互作用特性能夠在實驗室中創(chuàng)造出這種自相矛盾的量子力學狀態(tài)。
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