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量子力学

量子力学

集体行为逐粒出现

多体系统
激光束焦点中的六对原子。乔纳斯·艾尔斯泰特(Jonas Ahlstedt)/隆德大学生物影像中心(LBIC)

只有六个原子的整体显示了多粒子系统预期的相变的所有特征。这是由德国海德堡大学的研究人员领导的一个团队的发现,该团队使用量子模拟器研究了微观结构中集体行为的产生方式。这项新工作增进了我们对多体物理学的理解,该物理学描述了仅通过研究单个粒子的行为就无法理解的现象。

多体物理学的理论忽略了粒子行为的微观细节,而专注于宏观可观察到的量,例如压力,温度和密度。例如,一杯水之类的系统的描述方式可能会忽略单个水分子的位置和速度,即使该系统的宏观性质是此类分子之间相互作用的结果,一旦水分子数量达到一定的临界尺寸。

但是那个关键尺寸是多少?换句话说,在粒子的确切数目不相关并且可以使用多体理论描述整个系统之前,粒子的集合需要多大?从“离散”行为到“连续”行为的转变在原子,核和固态物理学中具有重要意义,但是事实证明,确定何时发生是困难的。而且,虽然每个单个粒子的微观行为可能易于准确描述,但粒子相互作用时的宏观行为却并非如此。

准二维量子模拟器

领导的团队 塞利姆·乔奇姆(Selim Jochim)海德堡大学物理研究所 通过捕获多达12个超冷锂6(6Li)原子在激光束的聚焦下以两个内部超精细状态组装。陷阱的几何形状使得原子只能在两个空间方向上移动,这意味着系统实际上是二维的。然后,研究人员应用了一种特殊的冷却技术,使该系统在绝对高于零的温度下非常接近其运动基态。这种设置还使研究人员能够使用所谓的Feshbach共振,通过施加的磁场不断调整原子之间相互作用的强度。

在他们的实验中,Jochim及其同事配置了施加的磁场,以使原子彼此吸引。如果引力足够强,则原子会成对形成,随后可能会发生相变,形成超流体(粒子无摩擦地流动的状态)。然后,研究人员通过测量原子对的结合能,观察了原子如何根据其相互作用强度和数量形成对。令他们惊讶的是,他们发现即使只有六个原子,其原子的行为也像一个多体系统。

量子相变的前体

研究主要作者 卢卡·贝哈(Luca Bayha)马文·霍尔滕 请注意,他们研究的配对类型是具有相关的“希格斯模式”的量子相转变为超流体相的前兆。这种模式以前曾在冷原子,超导和铁磁系统中观察到,但是Bayha和Holten表示,他们的工作为它的产生方式提供了新的思路。他们说:“我们的原子模拟器为研究集体现象的出现提供了一种方法。

该小组的成员还包括瑞典隆德大学和丹麦奥尔胡斯大学的合作者,他们说,他们现在计划更详细地研究这种介观系统中的超流动性。 “我们还将使用一种新颖的成像方法分别解析样品中的每个原子,” Bayha和Holten说道。 物理世界。 “这将使我们能够直接揭示在超流体状态下形成的原子对。”

目前的工作在 性质.

版权©IOP 出版 Ltd和个人贡献者的2021年