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讓物質隱身:MIT物理學家成功演示「泡利阻斷」效應

讓物質隱身:MIT物理學家成功演示「泡利阻斷」效應

2021-11-25 Comments 0 Comment

現在,人們終於迎來了一個多年前預言的量子效應的演示。 來自麻省理工學院(MIT)的科學家們在將鋰氣冷卻到非常低的溫度后使用鐳射將其擠壓在一起。 不過其結果是一種看不見的氣體,而它能夠阻止光的散射。科學家們認為它可以用來阻止數據從量子計算機中泄露出來。 其他研究人員也進行了類似的實驗並且都在三篇獨立的論文中發表了他們的發現。

用泡利阻斷(Pauli blocking)來阻止光粒子

MIT的研究人員所見證的過程被稱為泡利阻斷。 它是建立在泡利排除原理之上的。 這一原理是由奧地利物理學家Wolfgang Pauli於1925年首次提出。 泡利假定,具有相同量子狀態的質子、電子和中子等費米子粒子不可能存在於同一空間。

這一排除原則也適用於氣體中的原子,這也是科學家們用來證明它的地方。 通常情況下,氣體雲中的原子有大量的空間可以移動。 當把一個質子或一個光粒子送入雲中時,撞到它的原子會與它發生相互作用。 它們吸收會粒子的動量,這導致它們在不同的能量水準上反沖。 然後這就把照片散射開來。

為了製造看不見的氣體,科學家們不得不做相反的事情。 相反,他們會將原子冷卻下來。 原子然後失去能量,這導致它們會形成一種叫做費米海的物質。 原子們被彼此包圍著。 這導致它們無法在能級上移動或下降。 在這一點上,粒子相當密集,當送入光的粒子時原子無法與之互動。 然後,光被泡利阻擋並順利通過。

科學家如何製造隱形氣體

Screenshot_2021-11-25 Mind-blowing physics experiment can turn matter invisible.png

為了使氣體不可見,MIT的研究人員以泡利阻斷的思想為基礎。 然後,他們調整了鐳射束中的照片,使其只跟與之相反方向運動的原子發生碰撞進而使其變慢並冷卻下來。 之後,他們將鋰氣雲凍結到20微開爾文的溫度–略高於絕對零度。

隨後,研究人員使用第二種更緊密聚焦的鐳射將原子擠壓到一起。 他們將它們擠壓到每立方釐米約1萬億個原子的密度,這是一個新的紀錄。 最後,他們使用第三台雷射器將光束射入氣體。 正如他們預測的那樣,這些原子散射的光比室溫下的原子少38%。

現在科學家們已經證明瞭泡利阻斷效應是如何工作的,它,嗯可以利用它來開發抑制光線的隱形物質。 像Google這樣試圖為量子計算機開發新技術的公司則就可以利用這一點來説明提高其效率。

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