碰撞的原子云像台球一样反弹


作者:Colin Barras无论你在多长时间看着天空中的云彩,你都不会发现它们的行为与麻省理工学院Martin Zwierlein实验室的行为相似奇怪的是,当Zwierlein的两个云碰撞时,它们像台球一样互相反弹它不仅仅是一个巧妙的魔法这一壮举可以帮助我们理解宇宙中一些最神秘的系统,包括高温超导体,中子星和构成快速扩张的早期宇宙的汤雨云,浓烟和大多数其他羽毛在相遇时混合在一起为什么Zwierlein的云会反弹秘密部分在于组成粒子的性质这些实验室产生的云不是水滴或灰尘颗粒,而是由超低温的锂-6原子组成这是一种罕见的同位素选择,因为它是一种“费米子”,其中每个原子包含奇数个基本粒子 - 构成核中质子和中子的夸克,加上围绕它的电子费米子具有称为自旋的量子特性,并且存在于旋转或旋转状态在非常低的温度下,旋转和旋转颗粒在碰撞时互相反弹相比之下,共享相同旋转的两个费米子完全没有相互作用,并且相互航行,好像那里什么都没有 Zwierlein的团队在接近绝对零度的温度下创造了两个锂-6云 - 一个只包含自旋原子,另一个只是旋转原子由于具有不同自旋态的粒子相互作用,来自相对云的锂原子应相互反弹在这样的碰撞之后,原子应该向后退回到它的云中很远的距离,因为那里的所有其他原子共享其自旋状态,因此不与它相互作用并使其减速还有一个因素要考虑使实验成功:确保来自相对云的原子完全碰撞团队成员Ariel Sommer说,云层“比空气薄100万倍”然而,可以使用磁场有效地填充这些间隙就像将无线电调谐到特定频率一样,可以使用磁场来调整原子的“散射共振”(另一种量子特性),以便每个原子在更远的距离上与其他原子相互作用果然,当团队在施加磁场的同时碰撞两个云时,弹跳是戏剧性的最终这两种气体混合在一起,但需要几乎一秒钟,气态原子的年龄(Nature,DOI:10.1038 / nature09989) Sommer希望这一壮举有助于阐明高温超导体的特性在普通的超导体中,电子 - 自身的费米子 - 在没有摩擦的情况下流动,但仅在某一临界温度以下为什么这种超导性也可能在一些物质中在较高温度下发生仍然是一个谜,这不仅仅是因为这些材料是非常复杂的系统 Sommer说,研究费米子在相对简单的原子云中如何相互作用有助于澄清高温无摩擦电子流的关键特性其他神秘的费米子系统包括中子星和夸克 - 格隆等离子体,它们推动了早期宇宙的扩张丹麦奥胡斯大学的Georg Bruun说,这些系统“在性质上非常普遍,
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