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这些量子液滴是已知宇宙中最稀的液体

这个艺术家的描绘描绘了通过混合超冷钾原子的两个凝聚物而形成的量子液滴。ICFO/Povarchik Studios Barcelona)

巴塞罗那的一个物理学家团队利用奇怪的量子定律创造了比水薄1亿倍的液滴,这些液滴结合在一起。

在12月14日发表在《科学》杂志上的一篇论文中,研究人员发现这些奇异的液滴出现在奇怪的地方,激光晶格的微观世界——一种用来操纵量子物体的光学结构——在西班牙光子科学研究所的实验室里。它们是真正的液体:不管外界温度如何,都能保持体积并形成少量液滴的物质。这与气体相反,气体扩散到容器中。但是它们在正常情况下比任何液体都要低得多,并且通过一种称为量子涨落的过程来维持液体状态。“KdSPE”“KdSPS”研究人员冷却了一个钾原子的气体,冷却到零下459.67华氏度(零下273.15摄氏度),接近绝对零度。在这个温度下,原子形成玻色-爱因斯坦凝聚体。这是一种冷原子聚集在一起并开始物理重叠的物质状态。这些冷凝物很有趣,因为它们的相互作用是由量子定律支配的,而不是可以解释大多数大体积物质行为的经典相互作用。

当研究人员将其中两种冷凝物推到一起时,它们形成了液滴,结合在一起以填充规定的体积。但与大多数通过分子间电磁相互作用将液滴形状保持在一起的液体不同,这些液滴通过一个被称为“量子涨落”的过程来保持形状。[古怪的物理学:自然界最酷的小粒子]

量子涨落来自海森堡的不确定性原理,它表明粒子基本上是概率性的,它们在空间中没有一个能级或一个位置,而是分布在几个可能的能级和位置上。这些“污点”粒子的行为有点像它们在可能的位置和能量上跳跃,对邻居施加压力。把所有粒子的压力加起来,你会发现它们互相吸引比排斥对方更多。这种吸引力将它们结合成液滴。

这些新的液滴是独一无二的,因为量子涨落是使它们保持液态的主要因素。其他“量子流体”如液氦也证明了这一效应,但也包含了更强大的力,使它们更紧密地结合在一起。然而,

钾冷凝液滴并不受这些其他力的支配,并且具有非常弱的相互作用粒子,因此它们分布在更广阔的空间中-即使他们保持着水滴的形状。作者写道,与类似的氦液滴相比,这种液体要大两个数量级,稀释八个数量级。研究人员写道,这对实验者来说是一件大事;钾液滴在未来的实验中可能比氦更适合作为量子液体的模型。

不过,量子液滴确实有其局限性。如果它们所涉及的原子太少,它们就会崩溃,蒸发到周围的空间中。

最初发表在《生命科学》杂志上。

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