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德科學家研製可極度壓縮光量子氣體(ti) 為(wei) 開發高靈敏度傳(chuan) 感器鋪平道路-全國科普師，研學教育，研學旅遊
德國波恩大學的研究人員研製了一種可以極度壓縮的光量子氣體(ti) 。他們(men) 的結果證實了量子物理核心理論的預測。這些發現還將為(wei) 可測量微小的力的新型傳(chuan) 感器指明方向。這項研究近日發表在《科學》雜誌上。
氣體(ti) 通常由在空中快速旋轉的原子或分子組成，它與(yu) 光非常相似。組成光的最基本的粒子就是光量子，簡稱光子。在某些方麵，光子的行為(wei) 類似於(yu) 粒子。這些光子也可以被視為(wei) 一種氣體(ti) ，但是，它的行為(wei) 有些不同尋常：至少在理論上，我們(men) 可以在特定條件下幾乎不費力氣地壓縮它。
波恩大學應用物理研究所（IAP）的研究人員現在首次在實驗中證明了這種效果。IAP的朱利安·施密特博士解釋說：“為(wei) 了做到這一點，我們(men) 將光量子儲(chu) 存在一個(ge) 由鏡子製成的小盒子裏。裏麵放的光子越多，光子氣體(ti) 的密度就越大。”
通常的情況是：氣體(ti) 密度越大，就越難壓縮。堵塞的氣泵也是如此：起初活塞可以很容易地被往下推，但到一定程度，即使施加很大的力，它也很難再進一步移動。
然而，此次實驗發現，這種情況在某個(ge) 時間點上突然發生了變化：一旦光子氣體(ti) 超過了特定的密度，它就可以突然被壓縮，幾乎沒有阻力。施密特解釋說，這種效應源於(yu) 量子力學的規則。原因是這些光量子表現出一種“模糊性”，即它們(men) 的位置有點模糊。當它們(men) 在高密度下彼此非常接近時，光子開始重疊，壓縮這樣的量子簡並態氣體(ti) 變得容易得多。
如果重疊足夠多，光子會(hui) 融合形成一種超級光子，即玻色—愛因斯坦凝聚態。簡而言之，這個(ge) 過程可以比作水的凍結：在液體(ti) 狀態下，水分子是無序的；而在冰點，則會(hui) 有冰晶形成，最終無數冰晶合並成延伸的、高度有序的冰層。“有序冰島”也是在玻色—愛因斯坦凝聚體(ti) 形成之前形成的，隨著光子的進一步增加，它們(men) 會(hui) 變得越來越大。
隻有當這些“島”擴大並有序延伸到包含光子的整個(ge) 鏡盒時，凝聚態才會(hui) 形成。這可以比作一個(ge) 湖，在這個(ge) 湖上，獨立的漂浮冰島最終結合在一起形成了一個(ge) 統一均勻的表麵。
為(wei) 了創造一種具有可變粒子數和明確溫度的氣體(ti) ，研究人員使用了“熱浴”：將分子插入鏡盒中，以吸收光子。隨後，它們(men) 發出新的光子，這些光子的溫度略低於(yu) 300開爾文（26.85攝氏度），大約是室溫溫度。
光子氣體(ti) 的密度通常不均勻，某些地方的粒子比其他地方多得多。為(wei) 了克服這一障礙，研究人員在一個(ge) 平底鏡盒中捕捉光子，從(cong) 而首次創造出均勻的光子氣體(ti) 。
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