一种由超冷原子制成的奇异量子液体

西班牙光子科学研究所的研究人员创造了一种新型液体，稀释度要比水低1亿倍，比空气还要薄100万倍。这些实验发表在《Science》杂志上，利用一种奇妙的量子效应来产生这种奇异物质的小滴。

[attachment=80885]
上图是混合的两种气体冷钾原子形成一个量子液滴的艺术图

液体和气体是物质的两个不同阶段。虽然气体是稀薄的，可压缩的，并适应于容器的大小，而液体是密集的，有一个固定的体积，形成液滴。它们是由自身约束的粒子团，并有一个自由表面将它们与环境分开。通过提高温度，可以诱导液体和气体之间的相变。这就是在平底锅里烧水时所发生的事情。

但是气体总是稀释，液体总是浓的吗？尽管在正常情况下，这个问题的答案是肯定的，但在超低温环境下情况会变得非常不同。在发表于《科学》杂志上的最近的一项研究中，西班牙光子科学研究所的研究人员创建了一种液态物质其浓度比水要稀1亿倍，比空气还要稀薄100万倍。

团队冷却气体钾原子到-273.15摄氏度，接近绝对零度。虽然在这些温度下，原子表现为波并遵循量子力学的规则，但它们仍然保持气体的固有性质：在没有容器的情况下膨胀。相反，当这两种气体混合在一起并相互吸引时，原子形成液滴。Cesar Cabrera是该研究的第一作者，他说，“在许多方面，我们的钾液滴的水非常相似：他们都有自己的大小和形状，无论我们把它们放在哪里，但是他们要冷得多，它们的性质是量子性的”。

[attachment=80884]
上图所示是一个超冷气体相互吸引的混合物可以形成超稀的液体，即使在没有任何约束情况下也是一种液态形式。

事实上，这些液滴的存在完全是由于量子涨落特性，这是一种迷人的内在量子效应。此外，由于量子力学，形成液滴的原子不能完全静止在里面。

这是由海森堡的不确定性原理所禁止的。它们因此保持永久运动，导致量子压力，使非常小的液滴不稳定，蒸发成膨胀的气体。Leticia Tarruell教授说，“这些液滴是迷人的宏观物体：即使他们是由成千上万的粒子组成，它们的行为仍然是由量子波动和相关性完全确定。通过观察液体和气体之间的相变，我们精确地测量了这些令人惊讶的量子效应。”

对稀释性和“量子化”使得量子液滴成为更好理解那种由许多相互作用的粒子组成的量子系统特性的理想测试平台，这些特性又包含了液态氦、中子星或其它复合材料的某些特性。

原文来源：https://phys.org/news/2017-12-ultradilute-quantum-liquid-ultra-cold-atoms.html（实验帮译文）

查看本帖完整版本: [-- 一种由超冷原子制成的奇异量子液体 --] [-- top --]