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预言成真:量子气体产生超固态特性

导语:据外媒报道,超固态是一种十分矛盾的物质状态。处于这种状态的物质同时具有晶体和超流体的双重性质。科学家最早于50年前预测过它的存在。这种物质状态堪称反直觉 ...
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[科技前沿] 预言成真:量子气体产生超固态特性

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据外媒报道,超固态是一种十分矛盾的物质状态。处于这种状态的物质同时具有晶体和超流体的双重性质。科学家最早于50年前预测过它的存在。这种物质状态堪称反直觉,具有一系列相当对立的特性。长时间以来,科学家一直试图在超流体氦中寻找它的踪影。但在数十年的理论和实验研究后,科学家仍然无法在这些系统中找到能证明超固态存在的确凿证据。不过,由弗朗西斯卡·费尔莱诺(Francesca Ferlaino)领导的两支研究团队(一支位于奥地利因斯布鲁克大学实验物理研究所,另一支位于奥地利科学院量子光学与量子信息研究所)最近报告称,他们在超冷原子气体中观察到了这种奇异物态的标志性现象。

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到目前为止,大多数科学家都将氦作为重点研究对象。但研究人员最近将注意力转向了原子气体,尤其存在较强偶极相互作用的气体。弗朗西斯卡·费尔莱诺的团队研究具有强偶极性的原子形成的量子气体已有很长时间。“近期实验显示,这类气体与超流体氦存在重大相似性。”洛里安·舍玛兹(Lauriane Chomaz)谈到过去几年在因斯布鲁克和德国斯图加特取得的一系列实验成果时这样说道,“这些特征为我们实现这种奇异物态打下了坚实基础。物体达到这种状态后,成千上万的气体粒子便会同时自发组织形成晶体结构,且所有粒子的宏观波函数都完全相同——这就是超固态的关键标志。”

因斯布鲁克的研究人员通过微调铒和镝量子气体粒子之间的相互作用强度,实验性地创造出了能够表现出超固态特征的物质状态。“在铒形成的量子气体中,这种超固态表现稍纵即逝,和最近在比萨和斯图加特开展的实验一样。但镝形成的量子气体则达到了前所未有的稳定度。”弗朗西斯卡·费尔莱诺指出,“这种超固态表现不仅维持了很长时间,而且可以直接通过蒸发降温达到这种状态。”就像冲热茶吹气、让茶水冷却下来一样,降温的原理都是将携带大多数能量的粒子驱除,这样气体就会逐渐降温,最终达到量子简并静止状态,并在达到热平衡时产生超固态性质。

这为今后开展的实验和理论研究提供了令人激动的新契机,因为通过这套实验设置取得的超固态几乎不受逸散力学或激发所影响,因此为探索其激发光谱和超流体行为铺平了道路。这项研究工作由奥地利科学基金会、奥地利科学院及欧盟提供资助。

来源:新浪科技  作者:叶子

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