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新型量子液滴:可构成世上最稀薄液体 比水稀薄1亿倍
http://lijiahuip6.cn2020-09-13

  新浪科技讯 北京时间12月20日消息,据国外媒体报道,巴塞罗那的一支物理学家团队研发了一种新型液滴,其粒子之间通过奇异的量子法则相互联结,比水还要稀薄1亿倍。

  研究人员在12月14日发表在《科学》上的一篇论文中介绍了这种奇异的液滴。他们利用西班牙光子科学研究所实验室中的激光晶格(一种用于操控量子粒子的光学构件)研制出了这种液滴。它们确实是一种液体,体积不随外部温度的变化而改变,且量少时会聚集成液滴形式。气体则与之相反,总会向外扩散、将整个容器填满。但这种液体密度比正常情况下的任何液体都要低,通过一种名为量子波动的现象维持液体状态。

  研究人员将钾原子构成的气体冷却到零下273.15摄氏度,接近绝对零度。在这种温度下,原子会变为玻色-爱因斯坦凝聚态,即低温原子聚集在一起、相互重叠。这些凝聚态原子非常有趣,因为它们的行为受量子法则主导,与能够解释大部分物质行为的传统物理法则截然不同。

  研究人员将两份凝聚态物质强压到一起,使其成为液滴状,然后更多的液滴相互联结,逐渐积攒起一定的分量。但与大部分液体不同,这些液滴维持液体形态的方式并非分子之间的电磁力,而是一种名为“量子波动”的现象。

图为艺术家描绘的低温凝聚态钾原子形成量子液滴的情景图为艺术家描绘的低温凝聚态钾原子形成量子液滴的情景

  量子波动源于海森堡不确定性原理,即粒子的动量和位置并非一直固定,而是会在不同动量水平和位置之间来回变换。这些粒子在不同位置和能量级之间四处“跳跃”时,会对周边粒子造成一定压力。而将所有粒子产生的压力相加,彼此之间的吸引力就会强于排斥力,从而令粒子相互聚集、形成液滴。

  这种新型液滴的独特之处就在于,量子波动是使其维持液体状态的主要原因。液氦等其它“量子液体”也存在量子波动效应,但同时还存在其它作用力,因此粒子间联结得更为紧密。

  但钾原子凝聚态液滴并未受其它作用力主导,粒子间的相互作用十分微弱,因此扩散能力更强。与数量相似的液氦液滴相比,该液体的体积要多出两个数量级,稀释程度更是高出8个数量级。这在实验人员看来相当惊人。他们认为,相较于液氦而言,钾原子形成的液滴是一种更出色的量子液体,更适合应用于未来的实验当中。

  不过,这种量子液滴也存在一定局限。如果所含原子太少,整个结构就会崩解蒸发,融入周围环境之中。(叶子)


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