中科大科研團(tuán)隊(duì)首次測得神秘“第二聲”衰減率
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)在世界上首次“破譯”了“第二聲”的衰減率,即聲擴(kuò)散系數(shù)。這項(xiàng)量子模擬重大突破是該團(tuán)隊(duì)基於超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺(tái)獲得的結(jié)果,並以此準(zhǔn)確測定了體系的熱導(dǎo)率與粘滯系數(shù)。2月4日,國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表這項(xiàng)成果。審稿人稱該項(xiàng)工作“展示了令人驚嘆的實(shí)驗(yàn)的杰作”“該工作有望成為量子模擬領(lǐng)域的一項(xiàng)裡程碑”。
熱不僅會(huì)擴(kuò)散,在某些情況下,它還可能像聲波一樣,以波的形式傳播,被稱為“第二聲”。這神秘的“第二聲”一般不會(huì)出現(xiàn)在普通物質(zhì)中,隻會(huì)出現(xiàn)在某些特殊物質(zhì)中,例如超流的氦?!俺骶褪钦硿宰兂?的流體,是一種宏觀量子現(xiàn)象。”該團(tuán)隊(duì)成員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳宇翱介紹,“因?yàn)橛姓硿缘拇嬖?,我們攪拌一杯水形成的漩渦,會(huì)在停止攪拌后慢慢消失,恢復(fù)平靜。而超流體中的漩渦卻會(huì)永遠(yuǎn)停不下來。更神奇的是,裝到一個(gè)容器中的超流體,會(huì)自己爬出來。”
80多年前,蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·朗道建立了兩流體理論,預(yù)言了熵或溫度會(huì)以波的形式在超流中傳播。熵波的性質(zhì)與傳統(tǒng)聲波類似,在傳播過程中會(huì)逐漸衰減。朗道將其命名為第二聲,並因此獲得了1962年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),第二聲的傳播和衰減與超流序參量直接耦合,是一種隻存在於超流體中的獨(dú)特量子輸運(yùn)現(xiàn)象?!坝蓮?qiáng)相互作用極限下的超冷費(fèi)米原子形成的超流體具有極佳的純淨(jìng)度與可控性,為研究第二聲的衰減帶來了全新的機(jī)遇?!标愑畎空f,在費(fèi)米超流中研究第二聲的衰減行為,不僅能回答“兩流體理論能否描述強(qiáng)相互作用費(fèi)米超流的低能物理”這一長期存在的問題,還能表征強(qiáng)相互作用費(fèi)米體系在超流相變處的臨界輸運(yùn)現(xiàn)象?!斑@也是超冷原子量子模擬領(lǐng)域的一個(gè)重要目標(biāo)。”
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、姚星燦、陳宇翱等與澳大利亞科學(xué)家胡輝合作,在過去四年多的時(shí)間裡,搭建了一個(gè)全新的超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺(tái),融合發(fā)展了灰色黏團(tuán)與算法冷卻、盒型光勢阱等先進(jìn)的超冷原子調(diào)控技術(shù),最終成功地實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)先的均勻費(fèi)米氣體的制備。
據(jù)悉,這一發(fā)現(xiàn)為理解強(qiáng)相互作用費(fèi)米體系的量子輸運(yùn)現(xiàn)象提供了重要的實(shí)驗(yàn)信息,是利用量子模擬解決重要物理問題的一個(gè)范例。(記者常河)
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