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    物质波和量子碎片:长达188年的“法拉第波”之谜终于被验证!

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      美国、奥地利和巴西的物理学家已经证明,根据振动频率的不同,振动产生的超冷玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)要么分裂成均匀的部分,要么分裂成不可预测的碎片。莱斯大学(Rice University)物理学家兰迪·休莱特(Randy Hulet)说:

      同样的量子系统可以产生如此不同的现象,这是很了不起的。这些状态之间的关系可以让我们知道很多关于复杂量子多体现象的知识。这项研究是与奥地利维也纳理工大学(TU Wien)和巴西圣保罗大学的物理学家合作进行。这些实验印证了迈克尔•法拉第(Michael Faraday) 1831年的一项发现

      物质波和量子碎片:长达188年的“法拉第波”之谜终于被验证!

      博科园-科学科普:法拉第发现,在以特定临界频率垂直振动的桶中,液体表面会产生波纹。这种模式被称为法拉第波,类似于鼓首和振动板上产生的共振模式。为了研究法拉第波,研究小组将BECs限制在一维线性波导中,得到了雪茄形状的BEC。然后,研究人员利用一个微弱、缓慢振荡的磁场来振动BECs,以调节一维波导中原子间相互作用的强度。当调制频率在共模共振附近调谐时,法拉第模式就出现了。但研究小组也注意到了一些意想不到的现象:当调制强度很大且频率远低于法拉第共振时,BEC就会分裂成不同大小的“颗粒”。

      物质波和量子碎片:长达188年的“法拉第波”之谜终于被验证!

      • (图示)莱斯大学物理学家和奥地利和巴西的同事们已经证明,振动超冷玻色-爱因斯坦凝聚体(顶部)可以使它们要么分裂成法拉第波(中心)特征的均匀段,要么分裂成不可预测的碎片(底部),震动的频率和振幅决定了结果。图片:Gustavo Telles/University of São Paulo at São Carlos and Jason Nguyen/Rice University

      研究科学家Jason Nguyen是这项研究的主要作者之一,他发现水稻的颗粒大小分布很广,而且持续的时间甚至比调制时间还要长。维也纳大学和沃尔夫冈·泡利研究所(Wolfgang Pauli Institute),也是研究报告的合著者阿克塞尔·罗德(Axel Lode)说:造粒通常是一个随机过程,可以在固体中观察到,比如打碎玻璃,或者把石头磨成不同大小的颗粒。在每个法拉第波实验中,BEC量子态图像都是相同的。但在造粒实验中,尽管实验是在相同的条件下进行,但每次照片看起来都完全不同。

      物质波和量子碎片:长达188年的“法拉第波”之谜终于被验证!

      造粒实验的变化源于量子关系——量子粒子之间复杂的关系,很难用数学方法描述。对观测结果的理论描述被证明是具有挑战性,因为标准方法无法重现观测结果,特别是颗粒大小的广泛分布。团队用一种复杂的理论方法解释了实验结果,并在软件中实现了该方法。软件可以解释典型理论无法解释的量子涨落和相关性。Hulet是Rice的Fayez Sarofim物理学和天文学教授,同时也是Rice量子材料中心(RCQM)的成员表示:这个结果对于研究量子流体中的湍流有着重要意义,这是一个物理学中尚未解决的问题。

      博科园-科学科普|研究/来自: 莱斯大学

      参考期刊文献:《物理评论X》

      DOI: 10.1103/PhysRevx.9.011052

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