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麻省理工大学-哈佛大学超冷原子研讨中心的一组研讨人员开发了一种办法来研讨和丈量因为温度改变而在量子态和经典态之间转化的气体。在发表于《物理谈论快报》(Physical Review Letters)期刊上的论文中,该小组描绘了他们用锂-6原子云进行的试验,以及发现。

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玻尔兹曼气体是由体积可以疏忽的粒子和完全弹性磕碰组成,玻尔兹曼动力学理论很自然地描绘了这些粒子。在这样的气体中,粒子以随机的办法运动,并常常发作磕碰。

博科园-科学科普:从前的研讨标明,假如玻尔兹曼气体被充沛冷却,它将阅历一场剧烈的改变,以至于只能用量子术语来描绘。此外,假如组成气体的粒子是费米子,成果可以用费米液体理论来描绘。值得注意的是,这个进程可以朝任何一个方向开展。在这项新研讨中,研讨人员开发了一种办法来监测和丈量气体在量子态和经典态之间改变时发作的改变。为了研讨这种改变,研讨人员运用准粒子作为一种丈量费米气体性质的办法——更具体地说,用一种被称为“激光盒”的东西制作了一团锂-6原子云。

  • (a)少量rf光谱的热演化;(b)少量光谱的2D图,用白点高亮显现极大值。图片:arXiv:1811.00481 [cond-mat.quant-gas]

然后将盒子和盒子里的东西冷却下来,并使用射射光谱技能监控盒子里发作了什么。然后可以使用被翻转的原子数来丈量光子能量,再核算气体的激发态。这使得他们可以核算准粒子的能量和衰变率。该小组还进行了一项试验,以丈量不同温度下的准粒子,这使他们可以看到气体过渡时实践发作了什么。跟着温度的升高,峰值频谱会丢失能量,变得更宽。终究,准粒子失去了它们的特性,在这一点上,费米理论开端打开。就在费米理论适用的点以下,光谱峰值的能量发作了急剧改变,终究降为零。

该研讨研讨了具有有限相互作用的高度自旋不平衡均匀费米气体热演化,从极化子的费米液体到经典高温玻尔兹曼气体。使用射频光谱技能可以获得低温下费米极化子的能量、寿数和短程相关性。在这种情况下,观察到光谱宽度与T2的特征联系,与费米液体的准粒子衰变速率相对应。在高T时,谱宽再次向经典幺正玻尔兹曼气体(- T - 1/2)的散射速率下降。在量子简并态和经典态之间的过渡区,谱宽在费米能级的标准上到达最大值,标明准粒子描绘的决裂。在谐波阱中,密度丈量直接提醒了少量自旋周围的大都润饰云,并随费米极化子的有用质量发生压缩系数。

博科园-科学科普|研讨/来自: Copyright Science X Network/Bob Yirka, Phys

参阅期刊文献:《物理谈论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.093401

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