超冷氣體中玻色子激勵(lì)效應(yīng)首現(xiàn)
(相關(guān)資料圖)
美國(guó)麻省理工學(xué)院—哈佛大學(xué)超冷原子中心研究人員最近首次在超冷氣體中觀察到玻色子增強(qiáng)的光散射。該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然·物理學(xué)》上，或?yàn)椴Ｉ酉到y(tǒng)的研究開(kāi)辟新的可能性。
玻色子是粒子的兩個(gè)基本類(lèi)別之一，一直是無(wú)數(shù)物理學(xué)研究的焦點(diǎn)。當(dāng)玻色子粒子轉(zhuǎn)變到已被占據(jù)的最終量子態(tài)時(shí)，這種轉(zhuǎn)變的速度會(huì)因其所謂的“占位數(shù)”而增加，這種效應(yīng)被稱(chēng)為玻色子激勵(lì)。玻色子激勵(lì)在光散射過(guò)程中的出現(xiàn)是在30多年前首次預(yù)測(cè)的，但到目前為止，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中直接觀察它具有挑戰(zhàn)性。
簡(jiǎn)而言之，如果人們對(duì)理想的玻色氣體進(jìn)行微擾照射，并在接近量子簡(jiǎn)并時(shí)觀察到散射光的增強(qiáng)，這將是玻色增強(qiáng)的“確鑿證據(jù)”。研究人員表示，對(duì)于玻色子來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐呀?jīng)占據(jù)的量子態(tài)的速率被它的占位數(shù)提高了，這就是玻色子激勵(lì)的效果。
為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究人員準(zhǔn)備了一個(gè)高密度的超冷23Na氣體云。然后，他們向它照射一束光，并測(cè)量了來(lái)自該系統(tǒng)的散射光子的數(shù)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ｉ?mdash;愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)之前，光子的散射就已增強(qiáng)。然而，這種增強(qiáng)在相變點(diǎn)以下變得更大，這是理論預(yù)測(cè)在玻色子激勵(lì)存在的情況下會(huì)發(fā)生的情況。
此外，實(shí)驗(yàn)還表明，對(duì)于單一內(nèi)部狀態(tài)下制備的多能級(jí)系統(tǒng)，玻色子增強(qiáng)只發(fā)生在瑞利散射中，而不發(fā)生在拉曼散射中。
這項(xiàng)研究首次提供了玻色子激勵(lì)原子—光在超冷氣體中散射的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。該團(tuán)隊(duì)的觀察展示了量子統(tǒng)計(jì)和相互作用如何改變玻色氣體的光學(xué)性質(zhì)。
研究人員表示，理解光散射過(guò)程中量子統(tǒng)計(jì)、相互作用和相變之間的相互作用對(duì)于使用光學(xué)方法對(duì)玻色子系統(tǒng)進(jìn)行定量診斷至關(guān)重要。
在接下來(lái)的研究中，研究人員還希望利用光散射來(lái)表征強(qiáng)相互作用系統(tǒng)，包括具有各向異性和長(zhǎng)距離的強(qiáng)偶極相互作用的系統(tǒng)。這可能會(huì)促進(jìn)目前對(duì)這些強(qiáng)相互作用系統(tǒng)的理解，同時(shí)也有助于為驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)提供重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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