洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種在原子氣體中產(chǎn)生密度波的新方法

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們最近在研究中取得了重大發(fā)現(xiàn)，他們發(fā)現(xiàn)了一種在原子氣體中產(chǎn)生密度波的全新方法。這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解量子物質(zhì)的行為，而量子物質(zhì)一直是物理學(xué)中最復(fù)雜的問題之一。該研究成果最近在《自然》雜志上發(fā)表。

密度波是一種材料自組織成復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如晶體）的現(xiàn)象，長期以來一直吸引著科學(xué)家們的興趣。在量子物理學(xué)的神秘世界中，密度波可觀察到粒子按照規(guī)律、重復(fù)的模式自我排列，就像一群穿著不同顏色襯衫的人排成一排，沒有兩個穿著相同顏色襯衫的人并排站立。

密度波現(xiàn)象在各種材料中都能夠觀察到，包括金屬、絕緣體和超導(dǎo)體。然而，研究密度波一直都很困難，特別是當(dāng)這種順序模式與其他類型的組織（如超流動性）同時出現(xiàn)時。超流動性的研究具有極大的興趣，不僅在理論上好奇，而且對于開發(fā)具有特殊性質(zhì)的材料（如高溫超導(dǎo)體）或構(gòu)建量子計算機都具有潛在應(yīng)用，因為這些都可能導(dǎo)致更有效的能量轉(zhuǎn)移和存儲。

為了探索這種相互作用，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員創(chuàng)造了一種名為“單一費米氣體”的體系，該體系由冷卻到極低溫度的稀薄鋰原子組成，這些原子之間經(jīng)常發(fā)生碰撞。

然后，研究人員將這種氣體放置在一個光學(xué)腔中，這是一種能夠?qū)⒐忾L時間限制在狹小空間中的裝置。光學(xué)腔由兩個面對面的鏡子組成，允許光粒子（光子）在腔內(nèi)積聚，鏡子之間的光經(jīng)過數(shù)千次的來回反射。

在這項研究中，研究人員利用光學(xué)腔使費米氣體中的粒子產(chǎn)生遠距離的相互作用：第一個原子會發(fā)射一個光子，光子會在鏡子上反彈，并被第二個原子重新吸收，無論這兩個原子之間的距離有多遠。當(dāng)足夠多的光子被發(fā)射并重新吸收時（這在實驗中可以很容易地調(diào)整），原子們會以密度波的模式進行集體組織。

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Jean-Philippe Brantut教授表示：“原子直接相互碰撞，并通過長距離交換光子的組合，形成了一種極端相互作用的新型物質(zhì)。”他補充道：“我們希望通過這種研究所看到的現(xiàn)象，能夠提高我們對一些最復(fù)雜材料行為的理解。”

這項研究的其他貢獻者還包括洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院量子科學(xué)與工程中心的科學(xué)家們。這一發(fā)現(xiàn)對于量子研究和基于量子的技術(shù)都具有重要的影響，可以為未來的科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新提供新的思路和方法。通過探索原子氣體中的密度波現(xiàn)象，科學(xué)家們在理解量子物質(zhì)行為的同時，也為我們揭示了自然界中更深層次的奧秘。