一颗成熟的苹果从树上坠落,激发了牛顿爵士的灵感,他提出了一种理论,描述物体的运动。牛顿的运动方程告诉我们,一个运动的物体会一直保持直线运动,除非有任何外力改变它的路径。牛顿定律无处不在的影响着我们的日常生活,从高空坠落的地球重力场,到加速的飞机上的惯性场,还有绕着太阳转的地球。
然而,在量子世界里,我们对物体运动的直觉受到了强烈的挑战,有时甚至是完全失败。想象一颗大理石掉进水里, 上下摆动, 而不是直接向下移动?这是一种怎样,古怪的的感觉。来自科研小组的报告说发现了这种量子粒子,这种令人惊讶的行为的核心是物理学家所谓的“量子干涉”,即量子力学允许粒子像波一样运动,可以相互叠加或相互抵消。
接近绝对零度的温度
为了观察量子粒子的来回振荡, 团队必须在绝对零度温度以上的情况下冷却铯原子的气体, 并将其局限于由大功率激光束实现的极薄管的排列中。通过一种特殊的技巧,使原子产生强烈相互作用。在如此极端的条件下, 原子形成一个量子流体, 其运动被限制在管的方向。然后,物理学家通过气体加速杂质原子,这是一个不同自旋态的原子。当这个量子粒子移动时,它被观察到驱散气体粒子并向后反射。这导致了一个振荡运动,与大理石在水中坠落时的运动形成对比。实验表明,牛顿定律不能用于量子领域。
量子流体有时表现得像水晶一样
从量子力学理论的早期开始就已经知道量子波可能被反射到某些方向。 例如,电子以固体晶体的规则图案反射,例如一块金属。 这种效应被称为“布拉格散射”。 然而,在最近的实验中发现,不存在这样的晶体以使杂质原子反射出来。 相反,原子本身的气体在其安排中提供了一种隐藏的顺序,这是物理学家匹配“相关性”的属性。 已经证明了这些相关性与物质的波浪性质如何决定了量子世界中粒子的运动,并导致了新的现象。
理解量子力学的怪异之处也可能在更广泛的范围内,并有助于理解和优化电子元件的基本过程,甚至是在复杂的生物系统中的传输过程。
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