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Cold Atom的量子烟花表演
音乐节上的烟火表演必须为所有人所知,对吗?现在,让我们看一下另一类烟花-由量子流体的波动产生的美丽而微小的量子烟花。
这种量子烟花发生在玻色-爱因斯坦的冷凝物中。玻色-爱因斯坦凝聚是物质的第五种状态,仅次于固体,液体,气体和等离子体。它是怎么发生的?它有什么特性?首先必须解释一下。
我们知道微观粒子都具有自旋,并且自旋是量子性质,并且粒子的自旋值只能是普朗克常数的整数倍或整数倍,例如B,这很奇怪。0、1 / 2、1、3 / 2 …具有整数自旋的那些称为玻色子,具有半整数自旋的那些称为费米子。有趣的是,玻色子和费米子在集体行为上的行为大不相同。简而言之,玻色子喜欢“聚在一起”,而费米子喜欢“独处”。当许多玻色子聚集在一起并共同行动时,我们称其为“玻色-爱因斯坦凝聚”。
但是,玻色-爱因斯坦凝聚并不容易,玻色子需要冷却至接近于零,这通常是通过激光完成的。
我们来谈谈量子烟花。C?钠原子是玻色子。最近,芝加哥大学的物理学家将一些铯原子放置在一个圆形陷阱中,该陷阱被数个激光束包围(这些射束是著名的“光学镊子”),并将它们固定在适当的位置。不要走来走去,陷阱的直径只有26微米,只有细菌的大小。冷却后,这些铯原子形成玻色-爱因斯坦缩合物。
然后,科学家不断将变化的磁场发送到冷凝液,并将铯原子激发成高能态。在此过程中,小陷阱中产生了波。
由于玻色子喜欢处于相同的状态并共同行动,因此一旦某些铯原子被激发,其他同伴就会加入它们。科学家发现,这种盲目跟踪行为会产生增强效果,陷阱中的波会更多地获得能量并增加振幅。最终,它像波浪一样冲撞大坝并制造出美丽的量子烟花,飞出了陷阱。
这种现象是如此有趣,以至于科学家们从未想到过。科学家推测,这种影响可能与增强量子力学中的零点能量有关。
这个实验再次使科学家感到量子系统包含了太多有趣的东西,而量子世界就像是一个取之不尽的宝藏。玻色-爱因斯坦冷凝物原本是一个被充分勘探的区域,但我没想到在该实验中会看到前所未有的现象,这为未来的研究开辟了新的思路。