驚人的物理實驗首次揭示了“量子雨”

如奇異而獨特隨著量子領(lǐng)域的定律出現(xiàn)在我們的日常經(jīng)驗中，實驗時不時地會看到一些看起來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并、超冷流體中碎裂成“量子雨”，將經(jīng)典的流體動力學(xué)世界與原子氣體的空靈景觀聯(lián)系起來。

來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，擴展了目前對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。

"我們的測量不僅促進了對這種奇異液相的理解，還展示了為量子技術(shù)的未來應(yīng)用創(chuàng)建量子液滴陣列的可能性。"說該研究的第一作者、意大利國家光學(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)筆記寫成的詩歌。每個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。

這些運動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、濕潤的珠子，從而將表面積保持在絕對最小。

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)化為單個云，其中點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，從而在所謂的Lee-Huang-Yang 更正.

這種張力還會導(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，盡管它們的短暫存在使它們難以研究。

這項新實驗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，為它們提供了修補的潛在起點。

將量子液體釋放到一個稱為波導(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)會形成多個液滴——這是名副其實的“活動雨”。

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

實驗結(jié)果的動力學(xué)是通過理論預(yù)測的，為研究人員提供了新工具的實證基礎(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。

“通過將實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合，我們能夠根據(jù)毛細(xì)管不穩(wěn)定性來描述量子液滴的分解動力學(xué)，”說佛羅倫薩大學(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?！?/p>

這項研究發(fā)表在物理評論信.

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