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科學家們已經開發了一種新的方法證明量子漩渦同樣存在

科學家們已經開發了一種新的方法證明量子漩渦同樣存在

2022-11-01 Comments 0 Comment

在自然界中,旋渦隨處可見。水的旋轉可以產生漩渦。當大氣層被攪動起來時,巨大的龍捲風就會形成。在量子世界中也是如此,只不過許多相同的旋渦是同時形成的–旋渦是量化的。在許多量子氣體中,這種量化的旋渦已經被證明。

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根據論文中的模擬數據,旋轉的雙極玻色-愛因斯坦-冷凝物(dBEC)的密度分佈圖,顯示出量化的渦流。由於原子之間的各向異性和長程相互作用的特點,通過dBEC中的密度傾角可以看到渦流,呈條紋狀排列。資料來源:Ella Maru工作室

來自因斯布魯克大學實驗物理系和奧地利科學院量子光學和量子信息研究所的弗朗西斯卡-費拉伊諾說:”這很有趣,因為這種旋渦清楚地表明了量子氣體的無摩擦流動–所謂的超流性”。

費拉諾和她的團隊正在研究由強磁性元素構成的量子氣體。對於這種雙極性的量子氣體,其中的原子彼此高度相連,迄今無法證明量子渦旋。但科學家們已經開發了一種新的方法。Francesca Ferlaino團隊的Manfred Mark解釋說:”我們利用我們的鏑量子氣體的方向性,其原子的行為就像許多小磁鐵來攪拌氣體。”

為了做到這一點,科學家們對他們的量子氣體施加了一個磁場,使這種最初是圓形的、煎餅狀的氣體由於磁致伸縮而變得橢圓形變形。這個想法既簡單又強大,源於幾年前由尼克-帕克領導的紐卡斯爾大學理論團隊提出的理論建議,該論文的第二作者托馬斯-布蘭德是該團隊的成員。

“通過旋轉磁場,我們可以旋轉量子氣體,”目前論文的第一作者勞里茨-克勞斯解釋說。”如果它的旋轉速度足夠快,那麼在量子氣體中就會形成小漩渦。這就是氣體試圖平衡角動量的方式。”

在足夠高的旋轉速度下,沿著磁場形成奇特的旋渦條紋。這些是雙極量子氣體的一個特殊特徵,現在已經在奧地利因斯布魯克大學首次被觀察到。

現在發表在《自然-物理學》上的這種新方法將被用來研究超固態中的超流性,在這種狀態下,量子物質同時是固體和液體。”在新發現的超固態中,超流性的程度確實仍然是一個重大的開放性問題,而且這個問題今天仍然很少被研究。”

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