莫納什大學一項新的理論研究，提高了我們對量子物質中量子和熱漲落(或激發)之間相互作用的理解。研究發現，玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)中的雜質，在溫度升至零開爾文以上時顯示出有趣的能譜，基態準粒子分裂成許多分支，這取決於與玻色-愛因斯坦凝聚體周圍熱雲的相互作用，模型顯示準粒子分支的數量簡單地由熱雲空穴激發數量決定。
莫納什大學物理與天文學學院的博士生伯納德說：這就是說，包括最多一個洞會產生一個裂口，兩個洞會產生兩個裂口，以此類推，其研究發表在《物理評論A》期刊上。冷原子氣體作為「完美的試驗臺」：冷原子氣體被用來研究耦合到量子介質上的雜質影響，這一場景與從場效應電晶體到中子星中質子行為的一切都有關。冷原子氣體提供了一個特別乾淨和靈活的系統來探測量子雜質行為：
能讓雜質與介質的相互作用從弱耦合到強耦合，並揭示了雜質因介質激發而變得「修飾」的方式。具體地說，這項新研究集中在玻色-愛因斯坦凝聚體中的雜質，也就是所謂的玻色極化子。以前的研究預測，當溫度升高超過零開爾文時，玻色極化子的能譜將分裂成兩個偶數分支。莫納什大學的研究發現：這一結果是假設介質只有一個粒子，空穴激發的結果，當包含更多的孔時，結果是更多的分割。
由於在一個真實的系統中可能會有大量激發，研究預計實際的玻色極化子在低溫下會出現一個單一的寬峰。然而，值得注意的是，研究發現這種行為與人們從量子漲落和量子相變標準理論中所預期的根本不同。研究人員使用了一種優雅的變分方法，其中包括雜質和玻色-愛因斯坦凝聚體之間的多體關聯，從而超出了該領域的當前技術水平。
最值得注意的是，對玻色極化子基態能量的理論結果與更密集的量子模型和實驗非常吻合。玻色-愛因斯坦凝聚體中的雜質，具有可調諧的玻色子-雜質相互作用，這樣的玻色極化子被預測在有限溫度下表現出一個有趣的能譜，當溫度從零開始升高時，基態準粒子均勻地分裂成兩個分支。為了研究這一理論預測，採用了新發展起來的一種變分方法，系統地包含了雜質和有限溫度介質之間的多體關聯，從而使研究可以超越以前的有限溫度方法。
最重要的是，研究發現準粒子分支的數量，簡單地由熱雲的空穴激發數來設置，這樣包括最多一個空穴就會產生一次分裂，包括兩個空穴就會產生兩次分裂，以此類推。此外，這種效應與雜質質量無關。因此，精確的基態準粒子將演化成單一的寬峰溫度。在低溫和足夠弱的玻色子-玻色子相互作用下，在零溫極限下，研究計算的基態極化子能量與量子蒙特卡羅結果和實驗符合得很好。
博科園｜研究/來自：ARC未來低能耗電子技術卓越中心
研究發表期刊《物理評論A》
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