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实验表明广义流体力学准确地模拟了一个失衡的量子系统

导读使用被困一维气体的新实验——原子冷却到宇宙中最冷的温度并被限制,因此它们只能在一条线上移动——符合最近发展的广义流体动力学理论的预

使用被困一维气体的新实验——原子冷却到宇宙中最冷的温度并被限制,因此它们只能在一条线上移动——符合最近发展的“广义流体动力学”理论的预测。量子力学对于描述这些气体的新特性是必要的。更好地理解具有许多粒子的系统如何随时间演化是量子物理学的前沿。结果可以极大地简化对被激发出平衡的量子系统的研究。除了其根本重要性之外,它还可以最终为基于量子技术的发展提供信息,包括量子计算机和模拟器、量子通信和量子传感器。一篇描述宾夕法尼亚州立大学物理学家领导的团队的实验的论文发表于 9 月 2 日,科学。

即使在可以忽略量子力学额外复杂性的经典物理学中,也不可能模拟移动流体中所有原子的运动。为了近似这些粒子系统,物理学家使用流体动力学描述。

“流体动力学背后的基本思想是忘记原子,将流体视为连续体,”宾夕法尼亚州立大学物理学教授、研究团队的领导者之一马科斯·里戈尔 (Marcos Rigol) 说。“为了模拟流体,人们最终会编写耦合方程,这些方程是由于施加一些约束而产生的,例如质量和能量守恒。例如,这些是求解相同类型的方程,用于模拟当您打开窗户以改善房间通风时空气的流动方式。”

如果涉及到量子力学,事情就会变得更加复杂,就像人们想要模拟失去平衡的量子多体系统一样。

“量子多体系统——由许多相互作用的粒子组成,例如原子——是原子、核和粒子物理学的核心,”宾夕法尼亚州立大学物理学杰出教授、该领域的领导者之一戴维·韦斯说。研究团队。“过去,除非在极端情况下,否则您无法进行计算来描述失衡的量子多体系统。这最近发生了变化。”

这种变化是由被称为广义流体动力学的理论框架的发展所推动的。

“这些一维量子多体系统的问题在于,它们对运动的限制太多,无法使用常规的流体动力学描述,”Rigol 说。“广义流体动力学的开发是为了跟踪所有这些限制。”

到目前为止,广义流体动力学之前仅在粒子之间相互作用强度较弱的条件下进行了实验测试。

Weiss 说:“我们着手进一步测试该理论,通过观察具有广泛相互作用强度的一维气体的动力学。”“实验得到了很好的控制,因此可以将结果与该理论的预测进行精确比较。

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