|
通俗地说，多个费米子不能同一时间处于同一位置，还拥有相同的能量，这使得电子等物体难以穿过物体。相比之下，玻色子遵循“玻色-爱因斯坦统计”，即多个玻色子可以处于同一个位置，这使得像光子这样的粒子不会占据空间。
在被量子力学统治的微观世界，atv，一个原子所具有的能量是离散的，它只能取各个能级的数值。 打个不恰当的比方，我们把原子能级比作一座100层的酒店大楼，每一层是一个能级，1楼是能量最低的基态，越往高能量越大。原子子便是入住的旅客，现在有一个20人的土壕旅行团要入住酒店，他们旅途劳顿，都想住最低层，但是土壕们又不愿意和别人住一个楼层，最后从第一层到第20层每层只住了一个客人。后来又来了一个20人的屌丝旅行团，这些人不介意与别人分享同一层，最后这20个人都住到了第一层。土壕客人就是费米子，屌丝客人就是玻色子。 1924年，30岁的印度物理老师玻色发表了今天称之为“玻色-爱因斯坦统计”的第一篇论文。次年，爱因斯坦完善和发展了这项工作，并大胆地提出了“凝聚”概念：符合“玻色-爱因斯坦统计”的全同玻色子，其温度降到临界温度以下时，宏观数量的原子将突然凝聚到动量为零的单一量子态上面，就如所有客人都搬到了酒店的一层，从而呈现出一个整体的量子态，这种状态被后人称为“玻色-爱因斯坦凝聚”。 然而，这个百年前提出的理论的实现却路途坎坷，经历了许多物理学家孜孜不倦的努力才得以实现。 1995年，科罗拉多大学的康奈尔（Cornell）教授和威曼（ Wieman）教授通过激光冷却和蒸发冷却技术相结合的方法，将铷原子温度降到了170纳开尔文（nanokelvin），最终实现了玻色爱因斯坦凝聚。他们也因为这个成果分享了2001年的诺贝尔物理学奖。 玻色爱因斯坦凝聚有很多非常有趣的特性。比如它可以有异常高的光学密度差，光速在凝聚内的速度可以骤降到数米每秒。自转的凝聚可以作为黑洞的模型，入射的光会被“冻结”而难以逃离。此外，它还有很强的操控性，科学家可以通过改变激光强度和共振频率来改变原子的状态，进而获得所需的凝聚态性质。 更重要的是，它提供了一个从宏观角度研究微观量子现象的工具。很多量子效应只能在原子尺度上实现，我们缺乏合适的观测方法，而处于玻色爱因斯坦凝聚态下的原子有着统一的行为，原子尺度上的量子现象就可以被成千上万倍地放大，进而利用更方便的探测方式去研究其中的规律。这次的负质量实验本质上就是利用玻色爱因斯坦凝聚放大效应研究了一个微观量子现象。 在未来的探索中，玻色爱因斯坦凝聚还会展示出更多有趣的量子效应，也会帮助我们研究更加极端的环境。 福布斯表示：“我们对这个实验条件有着精美绝伦的控制，这个控制给了研究人员研究宇宙中神奇现象的新工具，他们可以用其模拟宇宙的极端环境，比如中子星，黑洞，暗能量。” - END - 参考： Negative-MassHydrodynamics in a Spin-Orbit–Coupled Bose-Einstein Condensate. PhysRevLett.118.155301 https://phys.org/news/2017-04-physicists-negative-mass.html 「DeepTech深科技」招募全球记者、采编。申请加入：[email protected]
|
