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洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們最近在研究中取得了重大發(fā)現(xiàn),他們發(fā)現(xiàn)了一種在原子氣體中產(chǎn)生密度波的全新方法。這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解量子物質(zhì)的行為,而量子物質(zhì)一直是物理學(xué)中最復(fù)雜的問(wèn)題之一。該研究成果最近在《自然》雜志上發(fā)表。
密度波是一種材料自組織成復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如晶體)的現(xiàn)象,長(zhǎng)期以來(lái)一直吸引著科學(xué)家們的興趣。在量子物理學(xué)的神秘世界中,密度波可觀察到粒子按照規(guī)律、重復(fù)的模式自我排列,就像一群穿著不同顏色襯衫的人排成一排,沒有兩個(gè)穿著相同顏色襯衫的人并排站立。
密度波現(xiàn)象在各種材料中都能夠觀察到,包括金屬、絕緣體和超導(dǎo)體。然而,研究密度波一直都很困難,特別是當(dāng)這種順序模式與其他類型的組織(如超流動(dòng)性)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)。超流動(dòng)性的研究具有極大的興趣,不僅在理論上好奇,而且對(duì)于開發(fā)具有特殊性質(zhì)的材料(如高溫超導(dǎo)體)或構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)都具有潛在應(yīng)用,因?yàn)檫@些都可能導(dǎo)致更有效的能量轉(zhuǎn)移和存儲(chǔ)。
為了探索這種相互作用,洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員創(chuàng)造了一種名為“單一費(fèi)米氣體”的體系,該體系由冷卻到極低溫度的稀薄鋰原子組成,這些原子之間經(jīng)常發(fā)生碰撞。
然后,研究人員將這種氣體放置在一個(gè)光學(xué)腔中,這是一種能夠?qū)⒐忾L(zhǎng)時(shí)間限制在狹小空間中的裝置。光學(xué)腔由兩個(gè)面對(duì)面的鏡子組成,允許光粒子(光子)在腔內(nèi)積聚,鏡子之間的光經(jīng)過(guò)數(shù)千次的來(lái)回反射。
在這項(xiàng)研究中,研究人員利用光學(xué)腔使費(fèi)米氣體中的粒子產(chǎn)生遠(yuǎn)距離的相互作用:第一個(gè)原子會(huì)發(fā)射一個(gè)光子,光子會(huì)在鏡子上反彈,并被第二個(gè)原子重新吸收,無(wú)論這兩個(gè)原子之間的距離有多遠(yuǎn)。當(dāng)足夠多的光子被發(fā)射并重新吸收時(shí)(這在實(shí)驗(yàn)中可以很容易地調(diào)整),原子們會(huì)以密度波的模式進(jìn)行集體組織。
洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Jean-Philippe Brantut教授表示:“原子直接相互碰撞,并通過(guò)長(zhǎng)距離交換光子的組合,形成了一種極端相互作用的新型物質(zhì)。”他補(bǔ)充道:“我們希望通過(guò)這種研究所看到的現(xiàn)象,能夠提高我們對(duì)一些最復(fù)雜材料行為的理解。”
這項(xiàng)研究的其他貢獻(xiàn)者還包括洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院量子科學(xué)與工程中心的科學(xué)家們。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于量子研究和基于量子的技術(shù)都具有重要的影響,可以為未來(lái)的科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新提供新的思路和方法。通過(guò)探索原子氣體中的密度波現(xiàn)象,科學(xué)家們?cè)诶斫饬孔游镔|(zhì)行為的同時(shí),也為我們揭示了自然界中更深層次的奧秘。
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