洛桑聯(lián)邦理工學院科學家發(fā)現(xiàn)一種在原子氣體中產生密度波的新方法

洛桑聯(lián)邦理工學院的科學家們最近在研究中取得了重大發(fā)現(xiàn)，他們發(fā)現(xiàn)了一種在原子氣體中產生密度波的全新方法。這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解量子物質的行為，而量子物質一直是物理學中最復雜的問題之一。該研究成果最近在《自然》雜志上發(fā)表。

密度波是一種材料自組織成復雜結構（如晶體）的現(xiàn)象，長期以來一直吸引著科學家們的興趣。在量子物理學的神秘世界中，密度波可觀察到粒子按照規(guī)律、重復的模式自我排列，就像一群穿著不同顏色襯衫的人排成一排，沒有兩個穿著相同顏色襯衫的人并排站立。

密度波現(xiàn)象在各種材料中都能夠觀察到，包括金屬、絕緣體和超導體。然而，研究密度波一直都很困難，特別是當這種順序模式與其他類型的組織（如超流動性）同時出現(xiàn)時。超流動性的研究具有極大的興趣，不僅在理論上好奇，而且對于開發(fā)具有特殊性質的材料（如高溫超導體）或構建量子計算機都具有潛在應用，因為這些都可能導致更有效的能量轉移和存儲。

為了探索這種相互作用，洛桑聯(lián)邦理工學院的研究人員創(chuàng)造了一種名為“單一費米氣體”的體系，該體系由冷卻到極低溫度的稀薄鋰原子組成，這些原子之間經常發(fā)生碰撞。

然后，研究人員將這種氣體放置在一個光學腔中，這是一種能夠將光長時間限制在狹小空間中的裝置。光學腔由兩個面對面的鏡子組成，允許光粒子（光子）在腔內積聚，鏡子之間的光經過數(shù)千次的來回反射。

在這項研究中，研究人員利用光學腔使費米氣體中的粒子產生遠距離的相互作用：第一個原子會發(fā)射一個光子，光子會在鏡子上反彈，并被第二個原子重新吸收，無論這兩個原子之間的距離有多遠。當足夠多的光子被發(fā)射并重新吸收時（這在實驗中可以很容易地調整），原子們會以密度波的模式進行集體組織。

洛桑聯(lián)邦理工學院的Jean-Philippe Brantut教授表示：“原子直接相互碰撞，并通過長距離交換光子的組合，形成了一種極端相互作用的新型物質。”他補充道：“我們希望通過這種研究所看到的現(xiàn)象，能夠提高我們對一些最復雜材料行為的理解。”

這項研究的其他貢獻者還包括洛桑聯(lián)邦理工學院量子科學與工程中心的科學家們。這一發(fā)現(xiàn)對于量子研究和基于量子的技術都具有重要的影響，可以為未來的科學發(fā)展和技術創(chuàng)新提供新的思路和方法。通過探索原子氣體中的密度波現(xiàn)象，科學家們在理解量子物質行為的同時，也為我們揭示了自然界中更深層次的奧秘。