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气体在量子态和经典态之间跃迁行为有何秘密?

2019-09-23来源:中国湖南网

麻省理工大学-哈佛大学超冷原子研究中心的一组研究人员开发了一种方法来研究和测量由于温度变化而在量子态和经典态之间转换的气体。在发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)期刊上的论文中,该小组描述了他们用锂-6原子云进行的实验,以及发现。

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玻尔兹曼气体是由体积可以忽略的粒子和完全弹性碰撞组成,玻尔兹曼动力学理论很自然地描述了这些粒子。在这样的气体中,粒子以随机的方式运动,并经常发生碰撞。

气体在量子态和经典态之间跃迁行为有何秘密?

博科园-科学科普:先前的研究表明,如果玻尔兹曼气体被充分冷却,它将经历一场剧烈的转变,以至于只能用量子术语来描述。此外,如果组成气体的粒子是费米子,结果可以用费米液体理论来描述。值得注意的是,这个过程可以朝任何一个方向发展。在这项新研究中,研究人员开发了一种方法来监测和测量气体在量子态和经典态之间转变时发生的变化。为了研究这种转变,研究人员使用准粒子作为一种测量费米气体性质的方法——更具体地说,用一种被称为“激光盒”的东西制造了一团锂-6原子云。

气体在量子态和经典态之间跃迁行为有何秘密?

  • (a)少数rf光谱的热演化;(b)少数光谱的2D图,用白点高亮显示极大值。图片:arXiv:1811.00481 [cond-mat.quant-gas]

然后将盒子和盒子里的东西冷却下来,并利用射射光谱技术监控盒子里发生了什么。然后能够利用被翻转的原子数来测量光子能量,再计算气体的激发态。这使得他们能够计算准粒子的能量和衰变率。该小组还进行了一项实验,以测量不同温度下的准粒子,这使他们能够看到气体过渡时实际发生了什么。随着温度的升高,峰值频谱会损失能量,变得更宽。最终,准粒子失去了它们的特性,在这一点上,费米理论开始展开。就在费米理论适用的点以下,光谱峰值的能量发生了急剧变化,最终降为零。

气体在量子态和经典态之间跃迁行为有何秘密?

该研究研究了具有有限相互作用的高度自旋不平衡均匀费米气体热演化,从极化子的费米液体到经典高温玻尔兹曼气体。利用射频光谱技术可以获得低温下费米极化子的能量、寿命和短程相关性。在这种情况下,观察到光谱宽度与T2的特征关系,与费米液体的准粒子衰变速率相对应。在高T时,谱宽再次向经典幺正玻尔兹曼气体(- T - 1/2)的散射速率下降。在量子简并态和经典态之间的过渡区,谱宽在费米能级的尺度上达到最大值,表明准粒子描述的破裂。在谐波阱中,密度测量直接揭示了少数自旋周围的多数修饰云,并随费米极化子的有效质量产生压缩系数。

气体在量子态和经典态之间跃迁行为有何秘密?

博科园-科学科普|研究/来自: Copyright Science X Network/Bob Yirka, Phys

参考期刊文献:《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.093401

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