據(jù)美國(guó)《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站9月9日?qǐng)?bào)道，在日本京都的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，研究人員正在進(jìn)行一些非常冷的實(shí)驗(yàn)。來自京都大學(xué)和得克薩斯州休斯敦賴斯大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)將物質(zhì)冷卻到了僅比絕對(duì)零度（零下273.15攝氏度，即所有粒子運(yùn)動(dòng)都停止時(shí)的溫度）高十億分之一攝氏度，使之成為整個(gè)宇宙中最冷的物質(zhì)。這項(xiàng)研究發(fā)表在9月的英國(guó)《自然·物理學(xué)》上，賴斯大學(xué)說，它“打開了通往未經(jīng)探索的量子磁場(chǎng)領(lǐng)域的門戶”?！?/p>
“除非有外星文明目前正在進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)，否則，京都大學(xué)任何時(shí)候進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)所制造出的都將是宇宙中最冷的費(fèi)米子，”研究通訊作者、賴斯大學(xué)教授、該大學(xué)量子計(jì)劃成員卡登·哈澤德在一份新聞稿中說，“費(fèi)米子不是罕見的粒子。它們包括電子等東西，是構(gòu)成所有物質(zhì)的兩種粒子之一?！?/p>
由研究作者高橋佳郎（音）領(lǐng)導(dǎo)的京都大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用激光將鐿原子的費(fèi)米子冷卻到絕對(duì)零度以上十億分之一攝氏度左右。這要比星際空間的最低溫度還要冷30億倍。這一區(qū)域的宇宙仍受到宇宙微波背景（或者說大爆炸后的輻射余暉）的影響。已知最寒冷的宇宙空間區(qū)域是回力棒星云，它的溫度比絕對(duì)零度高1攝氏度，距離地球3000光年。
就像電子和光子一樣，原子受制于量子動(dòng)力學(xué)定律，但它們的量子行為只有在被冷卻至非常接近絕對(duì)零度時(shí)才能看得出來。運(yùn)用激光冷卻原子以研究超冷原子量子特性的方法已經(jīng)運(yùn)用超過25年。
“達(dá)到這種極低溫的結(jié)果就是，物理學(xué)真的發(fā)生了變化，”哈澤德表示，“物理學(xué)開始變得更加量子力學(xué)化，它讓你得以看到新現(xiàn)象?！?/p>
報(bào)道指出，在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，激光通過阻止30萬個(gè)鐿原子在光學(xué)晶格中的運(yùn)動(dòng)來冷卻該物質(zhì)。它模擬了哈伯德模型，這是由理論物理學(xué)家約翰·哈伯德于1963年首次提出的。物理學(xué)家利用哈伯德模型研究材料的磁和超導(dǎo)行為，尤其是電子之間的相互作用產(chǎn)生集體行為的情況。
這種模型使原子能夠展示其不尋常的量子特性，包括電子的集體行為（有點(diǎn)像在足球比賽時(shí)表演“人浪”的一群球迷）和超導(dǎo)，或者說物體在不喪失能量的情況下導(dǎo)電的能力。
“他們?cè)诰┒际褂玫臏囟扔?jì)是我們的理論提供的重要東西之一，”哈澤德說，“將他們的測(cè)量結(jié)果與我們的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，我們就可以確定溫度。創(chuàng)紀(jì)錄的溫度是通過與該系統(tǒng)極高的對(duì)稱性有關(guān)的有趣的新物理學(xué)實(shí)現(xiàn)的。”
在京都模擬的哈伯德模型具有特殊的對(duì)稱性，稱為SU（N）。SU代表特殊酉群，這是一種描述對(duì)稱性的數(shù)學(xué)方法；N則表示模型中粒子可能的自旋態(tài)。
監(jiān)制 | 李穎
審核 | 董磊
編輯 | 郭慶娜
聯(lián)系客服
