量子氣體打破熵值最低紀錄
2020-12-05 中國科學院量子氣體打破熵值最低紀錄
有望使科學家「聽到」量子系統中微弱信號
2015-08-08 科技日報 聶翠蓉
語音播報
物理學家已經一次次打破量子氣體的低溫紀錄，但這些超低溫氣體熵值太高，無法觀察到微弱的量子信號。現在，美國加利福尼亞大學伯克利分校科學家將銣原子的溫度降到比絕度零度高百萬分之一度，雖然比之前的最低溫稍高，但這一全新量子氣體具有最低的熵值，這意味著它內部的「噪音」最低，可用來研究各種材料和多體物理中的微弱量子信號。
具有量子效應的低溫氣體具有神奇的超流體行為，可沒有任何阻力地流動，比如超流體氦能「爬」到杯沿並溢出杯子。當低溫量子氣體達到原子的最低激活能態時，氣體內就會產生轟隆隆的低沉聲音。
熵值表示系統的無序性或噪音，溫度最低的量子氣體，熵值不一定最低。論文作者、該校物理學教授丹·斯丹普-庫恩表示，量子氣體達到最低熵值後，人們就能區分出多體量子機械中的微弱聲音。
據物理學家組織網報導，斯丹普-庫恩團隊將百萬個銣原子捕獲並隔離進真空裝置內，而後冷卻到最低能態。由於熵值和溫度都太低，他們開發出一種全新的磁振子熱力計，將磁化的自旋原子傾斜，進而測量出溫度等熱力學特性。
正是這一全新的磁振子熱力計幫他們獲得了熵值和溫度都非常低的全新量子氣體。他們利用常用蒸汽冷凝技術，將溫度較高的自旋原子冷卻，最終將溫度降到了1納開爾文（比絕對零度高百萬分之一度），熵值也同時比之前試驗中獲得的量子氣體低了100倍。相關研究細節將在《自然·物理學》雜誌上公布。
新研究使科學家們具備了操控超冷、低熵量子氣體的能力。這意味著，科學家不但能夠對許多量子系統展開研究，而且能在較高溫度下呈現超導性的實驗性材料。
「當代物理學的一大聖杯就是充分研究這些神奇材料，最終設計出不需冷卻即具超導性的超導體，」參與研究的該校研究生瑞安·奧爾夫說，「而相比溫度，熵值才是量子系統的重要參數。」
物理學家已經一次次打破量子氣體的低溫紀錄，但這些超低溫氣體熵值太高，無法觀察到微弱的量子信號。現在，美國加利福尼亞大學伯克利分校科學家將銣原子的溫度降到比絕度零度高百萬分之一度，雖然比之前的最低溫稍高，但這一全新量子氣體具有最低的熵值，這意味著它內部的「噪音」最低，可用來研究各種材料和多體物理中的微弱量子信號。
具有量子效應的低溫氣體具有神奇的超流體行為，可沒有任何阻力地流動，比如超流體氦能「爬」到杯沿並溢出杯子。當低溫量子氣體達到原子的最低激活能態時，氣體內就會產生轟隆隆的低沉聲音。
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據物理學家組織網報導，斯丹普-庫恩團隊將百萬個銣原子捕獲並隔離進真空裝置內，而後冷卻到最低能態。由於熵值和溫度都太低，他們開發出一種全新的磁振子熱力計，將磁化的自旋原子傾斜，進而測量出溫度等熱力學特性。
正是這一全新的磁振子熱力計幫他們獲得了熵值和溫度都非常低的全新量子氣體。他們利用常用蒸汽冷凝技術，將溫度較高的自旋原子冷卻，最終將溫度降到了1納開爾文（比絕對零度高百萬分之一度），熵值也同時比之前試驗中獲得的量子氣體低了100倍。相關研究細節將在《自然·物理學》雜誌上公布。
新研究使科學家們具備了操控超冷、低熵量子氣體的能力。這意味著，科學家不但能夠對許多量子系統展開研究，而且能在較高溫度下呈現超導性的實驗性材料。
「當代物理學的一大聖杯就是充分研究這些神奇材料，最終設計出不需冷卻即具超導性的超導體，」參與研究的該校研究生瑞安·奧爾夫說，「而相比溫度，熵值才是量子系統的重要參數。」
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