作者:Randall G. Hulet 来源:《自然-物理学》 发布时间:2014/11/21 15:49:22
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科学家观察到物质波“超冷消失”现象

 

科技日报讯 最近,美国莱斯大学物理学家在超冷原子实验中观察到一种奇特的“消失现象”:在某种情况下,两个物质波形成的孤波在彼此穿越过程中会出现距离“鸿沟”,然后出现在另一边,继续无衰减地振荡。研究小组在最新的《自然·物理学》杂志上描述了这一奇怪现象。

据物理学家组织网11月2日报道,莱斯大学物理学与天文学教授兰迪·休雷特小组将几十万个锂原子冷却到接近绝对零度,形成玻瑟—爱因斯坦凝聚体(BECs)。由于温度极低,原子振动步调一致,可看作单个的物质波,也叫孤波或孤子。孤波在空间通过时,不会衰减、变平或变形。两个孤波相撞后彼此通过对方,但仍保持原有的波形和速度,所以也可以把孤波当作粒子来看待。

“首先我们造出BECs,然后用一片光把它分成两半向两边推开。”论文第一作者、博士后研究员杰森·努因说,“光把它们隔开成为两个孤波,我们再把光去掉,它们就会返回原位,互相撞在一起。”

研究小组用摄像机拍摄了数千次孤波对之间的碰撞,发现在某些碰撞中,孤波互相靠近,但彼此之间总保持着一个微小距离,然后它们出现反弹以避免碰撞。“你永远也看不到它们在一起,总是会有一个缺口,它们必须跳过去。它们会彼此通过,但在通过时永远不会共占同一空间。”休雷特说。

“孤波的一个规定特征是它们能彼此穿过,再次出现而没有衰减。”休雷特解释说,某些碰撞与此一致,两个孤波振荡、会合、出现,并继续这种周期。但在另一些碰撞中,二者之间总是有个缺口。就像它们走到一起,然后彼此出现反弹。这种缺口,可看作是孤波之间存在斥力的证据。

为了研究孤波是否被反弹了,他们使波对中的一个比另一个要大,作为“标记”。通过用不同相位的孤波对进行实验,结果发现在同相波中,孤波彼此穿过后再次出现,正如理论所预测;当相位差为180度,也就是完全异相波中,出现了缺口,显示它们正在反弹。

“虽然我们看到了缺口,但还看到较大的孤波出现在了另一边,也就是说,它跳过了‘鸿沟’!”休雷特说,“这种情况是因为‘波包’干涉。波有正负振幅,一个是正而另一个是负时,它们就会彼此抵消。它们处在会合点的概率为零。它们会通过那个点,但在那个点上,你永远看不到它们。”

休雷特说,“实验证明了孤波能彼此穿过的理论,甚至在它们是异相波出现反弹的情况下。这有助于人们对超冷物质产生根本性的新见解。这种相位—决定效应在光学实验中也有。”(来源:科技日报 常丽君)

 
 
 
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