易坊好文馆

  1. 首页 > 玩科技 >

气体|德科学家研制可极度压缩光量子气体 为开发高灵敏度传感器铺平道路

德国波恩大学的研究人员研制了一种可以极度压缩的光量子气体 。 他们的结果证实了量子物理核心理论的预测 。 这些发现还将为可测量微小的力的新型传感器指明方向 。 这项研究近日发表在《科学》杂志上 。
气体通常由在空中快速旋转的原子或分子组成 ， 它与光非常相似 。 组成光的最基本的粒子就是光量子 ， 简称光子 。 在某些方面 ， 光子的行为类似于粒子 。 这些光子也可以被视为一种气体 ， 但是 ， 它的行为有些不同寻常：至少在理论上 ， 我们可以在特定条件下几乎不费力气地压缩它 。
波恩大学应用物理研究所(IAP)的研究人员现在首次在实验中证明了这种效果 。 IAP的朱利安·施密特博士解释说：“为了做到这一点 ， 我们将光量子储存在一个由镜子制成的小盒子里 。 里面放的光子越多 ， 光子气体的密度就越大 。 ”
通常的情况是：气体密度越大 ， 就越难压缩 。 堵塞的气泵也是如此：起初活塞可以很容易地被往下推 ， 但到一定程度 ， 即使施加很大的力 ， 它也很难再进一步移动 。
然而 ， 此次实验发现 ， 这种情况在某个时间点上突然发生了变化：一旦光子气体超过了特定的密度 ， 它就可以突然被压缩 ， 几乎没有阻力 。 施密特解释说 ， 这种效应源于量子力学的规则 。 原因是这些光量子表现出一种“模糊性” ， 即它们的位置有点模糊 。 当它们在高密度下彼此非常接近时 ， 光子开始重叠 ， 压缩这样的量子简并态气体变得容易得多 。
如果重叠足够多 ， 光子会融合形成一种超级光子 ， 即玻色—爱因斯坦凝聚态 。 简而言之 ， 这个过程可以比作水的冻结：在液体状态下 ， 水分子是无序的;而在冰点 ， 则会有冰晶形成 ， 最终无数冰晶合并成延伸的、高度有序的冰层 。 “有序冰岛”也是在玻色—爱因斯坦凝聚体形成之前形成的 ， 随着光子的进一步增加 ， 它们会变得越来越大 。
只有当这些“岛”扩大并有序延伸到包含光子的整个镜盒时 ， 凝聚态才会形成 。 这可以比作一个湖 ， 在这个湖上 ， 独立的漂浮冰岛最终结合在一起形成了一个统一均匀的表面 。
【气体|德科学家研制可极度压缩光量子气体 为开发高灵敏度传感器铺平道路】为了创造一种具有可变粒子数和明确温度的气体 ， 研究人员使用了“热浴”：将分子插入镜盒中 ， 以吸收光子 。 随后 ， 它们发出新的光子 ， 这些光子的温度略低于300开尔文(26.85摄氏度) ， 大约是室温温度 。
光子气体的密度通常不均匀 ， 某些地方的粒子比其他地方多得多 。 为了克服这一障碍 ， 研究人员在一个平底镜盒中捕捉光子 ， 从而首次创造出均匀的光子气体 。

    推荐阅读


    上一篇：人工智能|AI在棋坛“大行其道”颠覆传统 顶尖高手“光环不再”

    下一篇：恒星|郭守敬望远镜再立功，揭开银河系尘封“成长史”