科学家首次在新维度条件下实现量子气体的超固体

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据外媒报道,量子气体非常适合研究物质相互作用的微观结果。现在,科学家们可以在实验室中精确地控制极冷气体云中的单个粒子并揭示出在日常世界中无法观察到的现象。如玻色-爱因斯坦凝聚中的单个原子是完全离域的。这意味着在任何给定的时间,在凝聚体的每一点上都存在相同的原子。

 

 

两年前,由来自因斯布鲁克大学实验物理系Francesca Ferlaino领导的研究团队跟因斯布鲁克奥地利科学院的量子光学和量子信息研究所首次成功地在磁性原子的超冷量子气体中实现超固态。磁相互作用使原子自组织成液滴并按照规则的模式排列。

“通常情况下,你会认为每个原子会在一个特定的液滴中被发现,其无法进入彼此之间,”Francesca Ferlaino团队成员Matthew Norcia表示,“然而,在超固态状态下,每个粒子在所有液滴上都是离域的,同时存在于每个液滴中。所以基本上,你有一个系统,它有一系列高密度区域,所有这些区域都共享相同的离域原子。”

尽管存在空间秩序(超流体),但这种奇异的结构可以产生无摩擦流等效果。

新的维度,新的效果

到目前为止,量子气体中的超固态只被观察到是一串液滴(沿一维方向)。“通过跟汉诺威莱布尼兹大学的理论家Luis Santos和因斯布鲁克大学的理论家Russell Bisset的合作,我们现在已经将这种现象扩展到二维并产生了两行或多行液滴的系统,”Matthew Norcia指出。这不仅是定量的改进,并且还极大地拓宽了研究视角。

他说道:“比如在一个二维的超固体系统中,人们可以研究漩涡是如何在几个相邻水滴之间的孔中形成的。”Francesca Ferlaino已经在展望未来,他表示:“虽然这些在理论上描述的涡旋尚未被证实,但它们代表了超流体的一个重要结果。”

新研究领域:超固体

50年前就曾有预言称,超固态及其惊人的特性会在超流氦中得到了广泛的研究。然而,经过几十年的理论和实验研究,仍没有一个明确的证据证明该系统的超固态。两年前,来自比萨、斯图加特和因斯布鲁克的研究小组首次独立成功地从超冷量子气体中的磁性原子中创造出所谓的超固体。超固体这一新兴的、不断发展的研究领域的基础是磁性原子的强极性,其相互作用特性使得在实验室中创造出物质的这种矛盾的量子力学状态成为可能。

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