实验室首次生产二维超固体量子气体

量子气体非常适合研究物质相互作用的微观后果。今天，科学家们可以在实验室中精确控制极度冷却的气体云中的单个粒子，揭示在日常生活中无法观察到的现象。例如，玻色-爱因斯坦凝聚中的单个原子是完全离域的。这意味着在任何给定时间，凝聚物中的每个点都存在相同的原子。两年前，由因斯布鲁克大学实验物理系和奥地利因斯布鲁克科学院量子光学与量子信息研究所的 Francesca Ferlaino 领导的研究小组首次成功地在超低温下产生了超固态。磁性原子的量子气体。磁相互作用导致原子自组织成液滴并以规则模式排列。

“通常情况下，你会认为每个原子都存在于一个特定的液滴中，无法在它们之间找到，”Francesca Ferlaino 团队的 Matthew Norcia 说。“然而，在超固态下，每个粒子都在所有液滴中离域，同时存在于每个液滴中。所以基本上，你有一个具有一系列高密度区域(液滴)的系统，这些区域都共享相同的离域原子。”尽管存在空间秩序(超流动性)，但这种奇异的构造仍能产生无摩擦流动等效果。”Francesca Ferlaino 团队的 Matthew Norcia 说。“然而，在超固态下，每个粒子都在所有液滴中离域，同时存在于每个液滴中。所以基本上，你有一个具有一系列高密度区域(液滴)的系统，这些区域都共享相同的离域原子。”尽管存在空间秩序(超流动性)，但这种奇异的构造仍能产生无摩擦流动等效果。”Francesca Ferlaino 团队的 Matthew Norcia 说。“然而，在超固态下，每个粒子都在所有液滴中离域，同时存在于每个液滴中。所以基本上，你有一个具有一系列高密度区域(液滴)的系统，这些区域都共享相同的离域原子。”尽管存在空间秩序(超流动性)，但这种奇异的构造仍能产生无摩擦流动等效果。

新维度、新效果等你探索

到目前为止，量子气体中的超固态只能被观察为一串液滴(沿着一个维度)。“与汉诺威莱布尼茨大学的理论家 Luis Santos 和因斯布鲁克的 Russell Bisset 合作，我们现在将这种现象扩展到二维，从而产生了具有两排或更多排液滴的系统，”Matthew Norcia 解释道。这不仅是数量上的改进，而且还极大地拓宽了研究视野。“例如，在二维超固体系统中，人们可以研究涡流是如何在几个相邻液滴之间的孔中形成的，”他说。“这些理论上描述的涡流尚未得到证实，但它们代表了超流体的一个重要后果，”弗朗西斯卡费莱诺已经在展望未来。

新研究领域：超固体

50 年前预测，在超流氦中已经广泛研究了具有惊人特性的超固体。然而，经过数十年的理论和实验研究，该系统中超固体的明确证据仍然缺失。两年前，位于比萨、斯图加特和因斯布鲁克的研究小组首次独立成功地利用超冷量子气体中的磁性原子制造了所谓的超固体。超固体这个新的、不断发展的研究领域的基础是磁性原子的强极性，它的相互作用特性能够在实验室中创造出这种自相矛盾的量子力学状态。

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