排斥極化子首次在實驗室獲得

2021-01-17 央廣網

　　中國科技網訊 據物理學家組織網5月24日（北京時間）報導，奧地利因斯布魯克大學的研究團隊首次在實驗中藉助超冷量子氣體，成功獲得並全面分析了新型準粒子――排斥的極化子，相關研究報告發表在同日出版的《自然》雜誌網絡版上。

　　超冷量子氣體是一個理想的實驗模型系統，可用來模擬處於凝聚態的物理現象。在這些氣體中，多體態（many-body state）能夠在高度控制的情境下獲得，同時這也要求粒子之間的相互作用要高度協調。

　　吸引的極化子之前曾有研究涉及，但排斥的極化子是首次獲得，將引領研究團隊走進一個全新的科研領域。為了在實驗中獲得排斥的極化子，研究人員在真空室中生成了由鋰原子和鉀原子組成的超冷量子氣體。他們通過電磁場控制粒子的相互作用，並藉助射頻脈衝促使鉀原子進入一種狀態，使其排斥周圍的鋰原子。這種複雜的狀態在物理上被描述為準粒子，因為在很多方面，其表現得就像一個特性被修改的新粒子。通過分析該系統的全部能量譜，研究人員能證明排斥的極化子。該校的魯道夫?格林姆教授談道：「這一過程不僅能獲得和分析吸引的極化子，也能呈現排斥的極化子。」

　　這些處於凝聚態的準粒子衰變非常快，因此一般來說很難對其進行研究。但即使在量子氣體中，呈現排斥的特性也有困難。極化子只存在於亞穩狀態，它們的壽命對於研究其全部屬性來說十分重要。格林姆等人驚訝地發現，較之於此前在類似系統中獲取的極化子，他們所獲得的極化子的壽命增長了近乎10倍。因此，此次的實驗設置為詳細分析依賴於排斥相互作用的多體態提供了理想的平臺。

　　下一步，科學家將通過實驗方式研究是否只有鋰原子或者鉀原子積聚的獨立域，是由排斥粒子組成的量子氣體所創立。此前這曾在理論模型中被提出過，但還未在實驗領域得到驗證。（記者 張巍巍）

　　總編輯圈點

　　科學家冷卻氣體，讓孤立的原子停滯，然後像精巧的外科手術一樣，操控它們並加以研究。這種技術在極化子研究領域的成功說明：在物理學前沿開拓，離不開思路的推陳出新。極化子並不神秘，它就是半導體導電的媒介。隨著後續的探索，人們或許會擁有效率更高的集成電路。基礎科研包含著無窮的可能性。

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