盧森堡大學的物理學家與國際合作者現(xiàn)在在國際知名《物理評論快報》上發(fā)表了一項研究成果。研究展示了量子力學干涉效應如何使實驗者能夠通過吸收光譜中的共振，更好地研究量子液體中捕獲的粒子性質(zhì)。把一塊石頭扔進安靜的湖里，會在水面上產(chǎn)生漣漪。把兩塊石頭扔進湖里會產(chǎn)生兩個這樣的面波，它們可以形成一個有趣的干涉模式。產(chǎn)生這些波浪需要能量，能量從石頭轉(zhuǎn)移到水中，最終導致石頭經(jīng)歷摩擦力。

在經(jīng)典物理學中，這是一個非常古老的問題，但它的量子力學對應物仍然具有令人驚訝的地方。量子力學等價物由兩個帶電離子組成，這兩個離子浸泡在由較輕的中性原子形成的“液體”中。在實驗上，這樣的系統(tǒng)幾年前就已經(jīng)實現(xiàn)了，方法是結(jié)合離子阱和磁光阱，離子阱保持帶電離子的位置，磁光阱允許將中性原子帶入被稱為玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的集體量子態(tài)。

由于這對離子是帶電的，所以可以使用電場來操縱它們。特別是，從離子到BEC的能量轉(zhuǎn)移，以及由此產(chǎn)生的摩擦力，可以通過研究電磁場的吸收來測量。盧森堡大學托馬斯·施密特(Thomas Schmidt)研究組的物理學家，以及巴黎理工學院(Institut Polytechnic De Paris)和愛荷華州立大學(Iowa State University)的研究人員發(fā)現(xiàn)：

如果延長玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，并考慮到兩個離子和原子的量子力學性質(zhì)，就會出現(xiàn)新的現(xiàn)象。在這種情況下，離子發(fā)射的波和外加電場之間的干擾，導致吸收光譜中的共振和反共振特征。在共振頻率下，離子對外加電場的反應非常強烈，而在反共振時，根本不能從外加電場中吸收能量。

這些共振和反共振是量子干擾的結(jié)果，玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的拉長性質(zhì)，以及離子和原子之間的強庫侖力。因此，它們可以作為一種有用的實驗工具，用于進一步表征玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的性質(zhì)，例如它們的聲速或它們?nèi)绾闻c嵌入的離子相互作用。研究了一維相互作用的量子液體，其中含有一對移動雜質(zhì)引起的后向散射。研究確定了由液體介導兩種雜質(zhì)之間的有效延遲相互作用。

研究證明，對于強后向散射，這種相互作用在雜質(zhì)對的有限頻率遷移率中引起共振和反共振。在反共振時，即使在(小)外力的驅(qū)動下，兩種雜質(zhì)也保持靜止。在共振時，它們的同步運動同相跟隨外部驅(qū)動，并達到最大振幅。在通過雜質(zhì)的量子隧穿中使用微擾重整化群分析，研究了模型的有效性范圍。預測在限制在一維超冷原子氣體上的實驗中，這些機械反共振是可以觀察到的。

研究/來自：盧森堡大學

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.075302

責任編輯：xj

原文標題：量子世界就是好玩！在一維量子液體波上沖浪，從未有過的樂趣！

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