20世紀(jì)80年代量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了被稱為“勞克林態(tài)”的新物質(zhì)形式,該物質(zhì)以美國(guó)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的名字命名,他成功地從理論上描述了這種效應(yīng)。這些奇特的狀態(tài)獨(dú)特地出現(xiàn)在二維材料中,在極冷的條件下,并且當(dāng)受到極強(qiáng)的磁場(chǎng)時(shí)。在勞克林態(tài)下,電子構(gòu)成了一種不尋常的液體,其中每個(gè)電子圍繞其同系物舞動(dòng),同時(shí)盡可能地避開它們。


被激光操縱的超冷原子實(shí)現(xiàn)了勞克林狀態(tài),這是一種奇特的量子液體,每個(gè)原子都在其同系物周圍跳舞。資料來源:Nathan Goldman
激發(fā)這樣的量子液體會(huì)產(chǎn)生集體狀態(tài),物理學(xué)家將其與虛擬粒子聯(lián)系起來,這些粒子的性質(zhì)與電子截然不同:這些“任意子”攜帶分?jǐn)?shù)電荷(基本電荷的一小部分),并且令人驚訝的是,它們?cè)谝韵路矫孢`背了粒子的標(biāo)準(zhǔn)分類:玻色子或費(fèi)米子。
多年來,物理學(xué)家一直在探索在固態(tài)材料之外的其他類型系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)勞克林態(tài)的可能性,以進(jìn)一步分析其特殊性質(zhì)。然而,所需的成分(系統(tǒng)的二維性質(zhì)、強(qiáng)磁場(chǎng)、粒子之間的強(qiáng)相關(guān)性)被證明極具挑戰(zhàn)性。
哈佛Markus Greiner實(shí)驗(yàn)小組周圍的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上撰文,報(bào)告了首次利用激光操縱的超冷中性原子實(shí)現(xiàn)了勞克林態(tài)。
該實(shí)驗(yàn)包括將一些原子捕獲在光學(xué)盒中,并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建這種奇異狀態(tài)所需的成分:強(qiáng)合成磁場(chǎng)和原子之間的強(qiáng)排斥相互作用。
在他們的文章中,作者通過強(qiáng)大的量子氣體顯微鏡對(duì)原子進(jìn)行逐個(gè)成像,揭示了勞克林態(tài)的特征性質(zhì)。他們展示了相互繞軌道運(yùn)行的粒子的奇特“舞蹈”,以及實(shí)現(xiàn)的原子勞克林態(tài)的分?jǐn)?shù)性質(zhì)。
這一里程碑為量子模擬器中探索勞克林態(tài)及其近親(例如所謂的摩爾-里德態(tài))的廣闊新領(lǐng)域打開了大門??紤]到在實(shí)驗(yàn)室中利用任意子的獨(dú)特性質(zhì),在量子氣體顯微鏡下創(chuàng)建、成像和操縱任意子的可能性特別有吸引力。