科學家觀察到物質波“超冷消失”現象
- 發佈時間：2014-11-04 07:31:37 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 最近，美國萊斯大學物理學家在超冷原子實驗中觀察到一種奇特的“消失現象”：在某種情況下，兩個物質波形成的孤波在彼此穿越過程中會出現距離“鴻溝”，然後出現在另一邊，繼續無衰減地振蕩。研究小組在最新的《自然·物理學》雜誌上描述了這一奇怪現象。
據物理學家組織網11月2日報道，萊斯大學物理學與天文學教授蘭迪·休雷特小組將幾十萬個鋰原子冷卻到接近絕對零度，形成玻瑟—愛因斯坦凝聚體（BECs）。由於溫度極低，原子振動步調一致，可看作單個的物質波，也叫孤波或孤子。孤波在空間通過時，不會衰減、變平或變形。兩個孤波相撞後彼此通過對方，但仍保持原有的波形和速度，所以也可以把孤波當作粒子來看待。
“首先我們造出BECs，然後用一片光把它分成兩半向兩邊推開。”論文第一作者、博士後研究員傑森·努因説，“光把它們隔開成為兩個孤波，我們再把光去掉，它們就會返回原位，互相撞在一起。”
研究小組用錄影機拍攝了數千次孤波對之間的碰撞，發現在某些碰撞中，孤波互相靠近，但彼此之間總保持著一個微小距離，然後它們出現反彈以避免碰撞。“你永遠也看不到它們在一起，總是會有一個缺口，它們必須跳過去。它們會彼此通過，但在通過時永遠不會共佔同一空間。”休雷特説。
“孤波的一個規定特徵是它們能彼此穿過，再次出現而沒有衰減。”休雷特解釋説，某些碰撞與此一致，兩個孤波振蕩、會合、出現，並繼續這種週期。但在另一些碰撞中，二者之間總是有個缺口。就像它們走到一起，然後彼此出現反彈。這種缺口，可看作是孤波之間存在斥力的證據。
為了研究孤波是否被反彈了，他們使波對中的一個比另一個要大，作為“標記”。通過用不同相位的孤波對進行實驗，結果發現在同相波中，孤波彼此穿過後再次出現，正如理論所預測；當相位差為180度，也就是完全異相波中，出現了缺口，顯示它們正在反彈。
“雖然我們看到了缺口，但還看到較大的孤波出現在了另一邊，也就是説，它跳過了‘鴻溝’！”休雷特説，“這種情況是因為‘波包’干涉。波有正負振幅，一個是正而另一個是負時，它們就會彼此抵消。它們處在會合點的概率為零。它們會通過那個點，但在那個點上，你永遠看不到它們。”
休雷特説，“實驗證明了孤波能彼此穿過的理論，甚至在它們是異相波出現反彈的情況下。這有助於人們對超冷物質産生根本性的新見解。這種相位—決定效應在光學實驗中也有。”
（常麗君）
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