科学家在量子气体中观察到“第二声”

“第二种声音”，也叫温度波或熵波，是一种量子力学现象，目前只能在超流体液氦中观察到。根据物理学家网络5月16日(北京时间)的报道，最近，来自奥地利因斯布鲁克大学和意大利特兰托大学的科学家也观察到了这种温度波在量子气体中的传播，证实了70年前列夫·兰道的理论。相关论文发表在《自然》杂志上。在临界温度以下，一些液体会变成超流体并失去摩擦力。此外，液体在超流体状态下具有极高的导热性，并将以完全不同的温度波的形式传输能量。由于这种波与声波非常相似，所以也被称为“第二声音”。为了解释超流体的性质，物理学家利奥·兰道在1941年发展了双流体力学理论。他假设低温下的液体由超流体和普通液体组成，后者随着温度的下降而逐渐消失。到目前为止，人们只能在液氦和超冷量子气体中观察到超流现象。另一个超流系统是中子星，超流的证据也在原子核中发现。超流性与超导密切相关，超导在低温下是一种零电阻现象。超冷量子气体是通过在真空容器中将数十万个原子冷却到接近绝对零度(零下273.15摄氏度)而获得的。激光可以在这种状态下高精度地控制和操纵粒子。因此，它是观察超流动性等量子力学现象的理想模型系统。虽然十多年来在这一领域已经有了大量的研究，但是要探测量子气体中的第二种声音现象仍然非常困难因斯布鲁克大学实验物理研究所和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的鲁道夫·格林姆说，“然而，最终，证明它却出奇地容易。”在实验室里，格林的量子物理学家团队准备了一种由300，000个锂原子组成的量子气体，用调制的激光束加热雪茄状的粒子云，然后观察温度波的传播。虽然超流氦中只产生一个熵波，但我们的费米子气体也显示出一些热膨胀，从而形成一个可检测的密度波。格林解释说，这也是研究人员第一次检测到量子气体中超流体的不同部分。"在我们之前没有人做过这种事，这填补了费米子气体研究的一个基本空白."这项研究是因斯布鲁克物理学家和意大利科学家长期合作的结果。特兰托大学玻色-爱因斯坦凝聚中心团队的*之一是列夫·皮塔夫斯基，他也是列夫·兰道的学生。他们修改了兰道对第二声音理论的描述，使其更适合实验中的近一维几何波形。鲁道夫·格林说:“使用这个模型，解释实验的测试结果变得更加容易。这一成就代表了我们合作的巅峰。”