央廣網北京10月12日消息據中國之聲《新聞縱橫》報導，昨天，中國科學院舉行了一場新聞發布會，發布我國科學家潘建偉、劉雄軍、陳帥等在「超冷原子量子模擬領域」取得重大突破，相關成果發表在學術期刊《科學》上，業界評論其「對研究超越傳統凝聚態物理的奇異現象具有重大潛力」。
聽起來非常專業。在發布會上，研究者們說，他們的工作僅是打開一扇門。那麼這究竟是一扇怎樣的門呢？
本次發布的成果，是中國科學家團隊在國際上首次理論提出並實驗實現超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測定了由自旋軌道耦合導致的新奇拓撲量子物性。這一關鍵突破將對新奇拓撲量子物態的研究帶來重大影響，進而推動人們對物質世界的深入理解。研究團隊成員、中國科學院院士潘建偉介紹，為什麼自旋軌道耦合這麼重要？其實目前多種基本物理現象和新奇量子物態，包括自旋電子學、拓撲絕緣體等都是自旋軌道耦合緊密聯繫在一起。一個帶電粒子在電磁場中運動，其中最重要的效應之一就是自旋軌道耦合，有自旋軌道耦合之後，就會產生很多新奇的現象。
然而，由於普遍存在難以控制的複雜環境，很多重要的新奇物理難以在固體材料中做精確研究。利用超冷原子實現人工自旋軌道耦合，並研究新奇量子物態已成為超冷原子模擬量子領域最重大的前沿課題之一。潘建偉指出：冷原子環境乾淨，高度可控，就可以按照你的需要來看這個現象，因為平時有的東西很亂、背景也比較髒，做起來是非常困難的。現在提供了一種非常好的手段、而且是可控的手段來研究前面這些現象。
冷原子其實並不冷，在學術界，它很熱。比如華裔科學家朱棣文開創雷射冷卻並捕捉原子，由此在1997年獲得諾貝爾物理學獎。而超冷原子是指原子的溫度接近絕對零度，也就是零下273.15攝氏度，這時將出現玻色—愛因斯坦凝聚態，也就是原本狀態不同的原子凝聚到同一狀態。2001年諾貝爾物理學獎就授予了首次從實驗上實現玻色—愛因斯坦凝聚態的科學家。
潘建偉教授說，冷原子具有環境乾淨、高度可控等重要特性。過去五年間，科學家們已在冷原子上進行一維人工自旋軌道耦合實驗，並取得系列成果。北京大學教授劉雄軍用通俗的比喻解釋說：「原子自旋相當於地球的自轉，軌道運動相當於地球公轉。」「耦合」即相互作用。人們發現，原子自旋軌道耦合導致出現多種基本物理現象和新奇量子物態，衍生出自旋電子學、拓撲絕緣體、拓撲超導體等前沿領域。
在超冷原子中實現高維自旋軌道耦合在理論和實驗上都是極具挑戰性的問題。北京大學劉雄軍理論小組提出了所謂的拉曼光晶格量子系統。基於這一理論方案，中國科學技術大學潘建偉、陳帥和鄧友金等組成的實驗小組成功地構造了拉曼光晶格量子系統，合成二維自旋軌道耦合的玻色－愛因斯坦凝聚體。進一步研究發現，合成的自旋軌道耦合和能帶拓撲具有高度可調控性。
潘建偉表示，中性原子能夠讓它通過某種東西的相互作用，讓它感受到跟電子在電子場中同樣的力，那不就相當於帶電一樣嗎，所以用兩束雷射往同一原子一照，讓原子運動的方程和電子在電磁場中運動的方程是一樣的，規則是一樣的就可以了。在傳統的體系裡很難控制，就用超冷原子來代替，方程是一樣的。
這一成果顯示我國在超冷原子量子模擬相關研究方向上已走在國際最前列。為超冷原子量子模擬開闢了一條新道路。在此基礎上，可以研究全新的拓撲物理，包括固體系統中難以觀察到的玻色子拓撲效應等。潘建偉指出，一開始希望不要一開始就離理論太遠，「先把一些理論方程很清楚的、可以看到的有趣現象觀察到，接下來可能繼續往前拓展，把實驗發展得更精細；另外一條路，因為實驗目的是為了通過這個來研究、做一些本來做不了的東西，所以會建另外一個系統，加上去之後理論家算不動了，就再在實驗上進行研究，可能會尋找一些意外的東西。