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绝对零度以上的原子或是一种新物质形态

www.creaders.net | 2024-06-17 15:56:00  煎蛋网 | 0条评论 | 查看/发表评论

  物理学家将原子云操控到绝对零度以上温度,或产生未知的量子物质。

  物理学家将一团原子操控到比绝对零度更高的温度,并将它们置于一种几何结构中,可能产生一种未知的物质形态。

  剑桥大学的Luca Donini及其同事通过精确操控原子的能级和量子态,使成千上万的钾原子进入这种看似矛盾的状态。他说:“量子力学允许你做到这一点,而经典热力学则不可能。”

    通常,如果一群原子快速移动,具有大量动能,温度就会很高。相反,缓慢移动的原子动能小,温度就低。当所有原子完全静止时,科学家用来测量温度的开尔文温标达到绝对零度,这是可能的最低值。

  但物理学家对温度也有更精确的定义,这反映了能量在原子间的分布,与系统的熵(即无序程度)有关。

  对于具有正绝对温度的原子群,只有少数原子具有大量能量,而大多数原子能量较低。在绝对零度,所有原子都具有相同的最低能量。但在负绝对温度下,能量分布翻转,高能量原子占多数,而低能量原子成为少数。

  这导致了负绝对温度的一个最大奇异性——它们在技术上比所有正温度更热。这是因为负绝对温度物体总是具有更多的能量,因此将其与正温度物体放在一起,热量会像从温暖的房间流向冷水杯一样流入后者。

  Donini和他的同事通过将钾原子放入真空室,并用激光和磁场将它们冷却到接近绝对零度的方法实现了这种异常温度。这使他们能够控制原子的量子态和能量,最终将其诱导到负绝对温度。他们在6月5日于德克萨斯州沃斯堡举行的美国物理学会原子、分子和光物理学分会年会上展示了这项工作。

  这种实验首次于2013年进行,但现在研究人员进行了更高级版本,使他们能够将负温度原子排列成一种被称为Kagome晶格的六边形和三角形图案。

绝对零度以上的原子或是一种新物质形态

(示意图)

  在这种排列中,原子可以被推入一种量子态,其中它们的所有能量都来自与其他原子的相互作用,但它们没有动能。剑桥大学的团队成员Ulrich Schneider表示,物理学家不确定这些特性会产生什么样的物质,他们现在面临着确定这种新量子物质特性的挑战。

  Schneider说:“我们进入了未知领域,我们正在进行测量,但解释它们并理解它们的意义并不容易。”

  德国科隆大学的Achim Rosch表示,由于这种排列中特定的能量和复杂的几何结构,Kagome晶格中的粒子往往会出现奇特而丰富的量子行为。例如,一些理论家预测,原子可能会形成一种无粘滞流体,这在原子没有任何动能且应该无法移动的情况下似乎是矛盾的。“在这种情况下,可能会发生很多事情,”Rosch说。

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