驚人的物理實(shí)驗(yàn)首次揭示了“量子雨”

如奇異而獨(dú)特隨著量子領(lǐng)域的定律出現(xiàn)在我們的日常經(jīng)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)時(shí)不時(shí)地會(huì)看到一些看起來(lái)既陌生又又令人毛骨悚然的現(xiàn)象。

人們首次看到液滴在鉀和銣同位素的簡(jiǎn)并、超冷流體中碎裂成“量子雨”，將經(jīng)典的流體動(dòng)力學(xué)世界與原子氣體的空靈景觀聯(lián)系起來(lái)。

來(lái)自西班牙和意大利各地的一組研究人員分析了原子氣體碎裂的特性，擴(kuò)展了目前對(duì)量子液體行為方式的理解，這些方式可能有助于我們更好地縱其活動(dòng)。

"我們的測(cè)量不僅促進(jìn)了對(duì)這種奇異液相的理解，還展示了為量子技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用創(chuàng)建量子液滴陣列的可能性。"說(shuō)該研究的第一作者、意大利國(guó)家光學(xué)研究所的凝聚態(tài)物理學(xué)家 Luca Cavicchioli。

看著暴風(fēng)雨掀起一陣水滴落在窗玻璃上，這是用物理學(xué)筆記寫成的詩(shī)歌。每個(gè)液體球體都被一層表面張力的皮膚所束縛，隨著重力的牽引，它們會(huì)不斷地合并、分裂、再合并，斷斷續(xù)續(xù)地沿著玻璃杯向下移動(dòng)。

這些運(yùn)動(dòng)在很大程度上是分子力量之間拉鋸戰(zhàn)的結(jié)果，即所謂的Plateau-Rayleigh 不穩(wěn)定性.

分布在水中的氫原子和氧原子上的電荷的微妙不平衡會(huì)產(chǎn)生偶極子效應(yīng)，推拉水和玻璃中的電荷，將較大的液滴分成較小的液滴，或?qū)⑤^小的液滴聚集成脂肪、濕潤(rùn)的珠子，從而將表面積保持在絕對(duì)最小。

其中水分子中的氧原子和氫原子是不同的電子和核粒子系統(tǒng)，超冷氣體中的原子失去任何認(rèn)同感。量子概率占主導(dǎo)地位，抹黑了蜂群玻 色子轉(zhuǎn)化為單個(gè)云，其中點(diǎn)狀粒子的概念不再有意義。

盡管如此，這并不意味著原子氣體內(nèi)部沒有利益沖突。與云中平均消耗的能量相反，云潛在布局的解決方案存在波動(dòng)，從而在所謂的Lee-Huang-Yang 更正.

這種張力還會(huì)導(dǎo)致原子氣體短暫閃爍成更小的液滴，這些液滴的大小和形狀取決于構(gòu)成氣體的玻色子和粒子狀態(tài)。

量子液滴以前被看到和研究過(guò)，盡管它們的短暫存在使它們難以研究。

這項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)背后的研究人員首先觀察了量子液滴在鉀 41 和銣 87 的超冷云中持續(xù)數(shù)十毫秒，為它們提供了修補(bǔ)的潛在起點(diǎn)。

將量子液體釋放到一個(gè)稱為波導(dǎo)的通道中，該通道限制了混合物的波狀性質(zhì)，他們發(fā)現(xiàn)會(huì)形成多個(gè)液滴——這是名副其實(shí)的“活動(dòng)雨”。

碎片的形式取決于它們被限制在能量的基態(tài)中，它們的長(zhǎng)度由原子數(shù)的變化決定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的動(dòng)力學(xué)是通過(guò)理論預(yù)測(cè)的，為研究人員提供了新工具的實(shí)證基礎(chǔ)，這些工具可以幫助他們更好地理解量子效應(yīng)如何反映我們?nèi)粘Ｉ钪械默F(xiàn)象。

“通過(guò)將實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合，我們能夠根據(jù)毛細(xì)管不穩(wěn)定性來(lái)描述量子液滴的分解動(dòng)力學(xué)，”說(shuō)佛羅倫薩大學(xué)物理學(xué)家 Chiara Fort。

“Plateau-Rayleigh 不穩(wěn)定性是經(jīng)典液體中的一種常見現(xiàn)象，在超流體氦中也觀察到，但在原子氣體中尚未觀察到。”

這項(xiàng)研究發(fā)表在物理評(píng)論信.

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