作者:Ryan Olf 来源:《自然—物理学》 发布时间:2015/8/17 10:51:16
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量子气体打破熵值最低纪录
有望使科学家“听到”量子系统中微弱信号


 

物理学家已经一次次打破量子气体的低温纪录,但这些超低温气体熵值太高,无法观察到微弱的量子信号。现在,美国加利福尼亚大学伯克利分校科学家将铷原子的温度降到比绝度零度高百万分之一度,虽然比之前的最低温稍高,但这一全新量子气体具有最低的熵值,这意味着它内部的“噪音”最低,可用来研究各种材料和多体物理中的微弱量子信号。

具有量子效应的低温气体具有神奇的超流体行为,可没有任何阻力地流动,比如超流体氦能“爬”到杯沿并溢出杯子。当低温量子气体达到原子的最低激活能态时,气体内就会产生轰隆隆的低沉声音。

熵值表示系统的无序性或噪音,温度最低的量子气体,熵值不一定最低。论文作者、该校物理学教授丹·斯丹普-库恩表示,量子气体达到最低熵值后,人们就能区分出多体量子机械中的微弱声音。

据物理学家组织网报道,斯丹普-库恩团队将百万个铷原子捕获并隔离进真空装置内,而后冷却到最低能态。由于熵值和温度都太低,他们开发出一种全新的磁振子热力计,将磁化的自旋原子倾斜,进而测量出温度等热力学特性。

正是这一全新的磁振子热力计帮他们获得了熵值和温度都非常低的全新量子气体。他们利用常用蒸汽冷凝技术,将温度较高的自旋原子冷却,最终将温度降到了1纳开尔文(比绝对零度高百万分之一度),熵值也同时比之前试验中获得的量子气体低了100倍。相关研究细节将在《自然·物理学》杂志上公布。

新研究使科学家们具备了操控超冷、低熵量子气体的能力。这意味着,科学家不但能够对许多量子系统展开研究,而且能在较高温度下呈现超导性的实验性材料。

“当代物理学的一大圣杯就是充分研究这些神奇材料,最终设计出不需冷却即具超导性的超导体,”参与研究的该校研究生瑞安·奥尔夫说,“而相比温度,熵值才是量子系统的重要参数。”(来源:科技日报 聂翠蓉)

 
 
 
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