洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新方法，可以在原子氣體中產(chǎn)生一種名為"密度波"的晶體結(jié)構(gòu)。這一突破可以幫助我們更好地理解量子物質(zhì)的行為，這是物理學中最復(fù)雜的問題之一。
一個科學家小組將冷原子氣體的操縱潛力提高了一倍，創(chuàng)造出了一種新型物質(zhì)。這一突破可以通過激發(fā)特制氣體中的"密度波"來推動量子技術(shù)的發(fā)展。密度波插圖。由Harald Ritsch繪制。資料來源：因斯布魯克大學/EPFL
過去，冷原子氣體因能夠"編程"原子之間的相互作用而聞名于世，洛桑聯(lián)邦理工學院的讓-菲利普-布蘭特教授（Jean-Philippe Brantut）說。"我們的實驗讓這種能力翻了一番！"
他們與因斯布魯克大學的赫爾穆特-里奇（Helmut Ritsch）教授小組合作，取得了一項突破性進展，這不僅會影響量子研究，還會影響未來的量子技術(shù)。
長期以來，科學家們一直對了解材料如何自組織成晶體等復(fù)雜結(jié)構(gòu)感興趣。在量子物理學這個常常令人費解的世界里，粒子的這種自組織表現(xiàn)為"密度波"，即粒子排列成一種有規(guī)律的、重復(fù)的模式或"秩序"；就像一群穿著不同顏色襯衫的人站成一排，但沒有兩個穿著相同顏色襯衫的人站在一起。
在金屬、絕緣體和超導(dǎo)體等多種材料中都能觀察到密度波。然而，對它們的研究一直很困難，尤其是當這種秩序（波中粒子的模式）與其他類型的組織（如超流體--一種允許粒子無阻力流動的特性）同時出現(xiàn)時。
值得注意的是，超流動性并不僅僅是一種理論上的好奇心；它對于開發(fā)具有獨特性質(zhì)的材料（例如高溫超導(dǎo)性，它可以帶來更高效的能量傳輸和存儲）或建造量子計算機具有巨大的意義。
為了探索這種相互作用，布蘭特和他的同事們創(chuàng)造了一種"單元費米氣體"，這是一種由冷卻到極低溫度的鋰原子組成的稀薄氣體，其中的原子經(jīng)常相互碰撞。
然后，研究人員將這種氣體置于光腔中，光腔是一種用于將光線長時間限制在狹小空間內(nèi)的裝置。光腔由兩面反射鏡組成，能將射入的光線在兩面反射鏡之間來回反射數(shù)千次，從而使光粒子（光子）在光腔內(nèi)積聚。
在這項研究中，研究人員利用空腔使費米氣體中的粒子發(fā)生遠距離相互作用：第一個原子會發(fā)射一個光子，光子反彈到鏡子上，然后被氣體中的第二個原子重新吸收，無論它與第一個原子的距離有多遠。當發(fā)射和重新吸收的光子足夠多時（在實驗中很容易調(diào)整），原子就會集體組織成密度波模式。
布蘭特說："原子在費米氣體中直接相互碰撞，同時又在很遠的距離上交換光子，這是一種新型物質(zhì)，其中的相互作用是極端的。我們希望，我們在那里看到的東西將增進我們對物理學中遇到的一些最復(fù)雜材料的理解。"
