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迷信家制作出“负温度”的量子气体

日期:2019-11-06 01:55:18 人气:109

  据《天然》杂志网站报道,德国物理学家用钾原子初次造出一种低于相对零度的量子气体。迷信家称这一结果为“试验的特技”,为未来造出负温度物资、新型量子设备翻开了大门,有助于揭开宇宙中的许多奥密。

与通常原子散布律没有同的是:在负温度下处于高能级原子的数目要大于处于低能级原子的数目。

  18世纪中期,开尔文男爵威廉·汤姆森定义了相对温度,在此划定下不物资的温度能低于相对零度。气体的相对温度与它所包括粒子的均匀能量有关,温度越高,均匀能量越高,而相对零度是气体的一切粒子能量都为零的形态,这是一种理想的实践形态。到了上世纪50年代,物理学家在研讨中碰到了更多反常的物资体系,发觉这一实践并没有完整正确。

  慕尼黑路德维格·马克西米利安大学物理学家乌尔里奇·施奈德解释说,从技术上讲,人们能从一条温度曲线上读出一系列温度数,但这些数字表现的只是它所含的粒子处于某个能量形态的概率。通常,大局部粒子的能态处于均匀或濒临均匀程度,只有少数粒子在更高能态上下。实践上,假如这种地位倒转,使多数粒子处于高能态而少数粒子在低能态,温度曲线也会反过来,温度将从正到负,低于相对零度。2001年诺贝尔物理学奖取得者沃尔夫冈·克特勒也曾证实,在磁场体系中具有负相对温度。

  施奈德跟 共事用钾原子超冷量子气体完成了这种负相对零度。他们用激光跟 磁场将单个原子坚持晶格摆列。在正温度下,原子之间的斥力使晶格构造坚持波动。而后他们迅速转变磁场,使原子酿成互相吸引而没有是排挤。施奈德说:“这种忽然的转换,使原子还来不迭反响,就从它们最波动的形态,也就是最低能态忽然跳到可能到达的最高能态。就像您正在过山谷,忽然发觉已在山峰。”

  在正温度下,这种逆转是没有波动的,原子会向内坍塌。他们也同时调剂势阱激光场,加强能量将原子波动在原位。这样一来,气体就完成了从高于相对零度到低于相对零度的改变,约在负十亿分之多少开氏度。

  克特勒现任美国麻省理工大学物理教学,他称此最新结果为一项“试验的特技”。在试验室里,反常高能态在正温度下是很难发生的,而在负相对温度下却会变得波动——“就像您能把一个金字塔倒过来稳稳的放着,而不用担忧它会倒。”克特勒指出,该技术使人们能具体研讨这些反常高能态,“也可能成为发明新物资情势的一条道路。”

  德国科隆大学实践物理学家阿希姆·罗施说,假如真能造出这些物资体系,它们会表示出独特的行动。依据跟 他的共事计算,畸形情形下原子云受重力影响会被向下拉,假如一局部云处于负相对温度,某些原子就会向上活动,分明违反重力作用。

  负相对温度气体还能模仿“暗能量”。暗能量是推进宇宙加速膨胀、抵御万有引力内向拉力的力气。施奈德指出,在他们天生的气体中,互相吸引的原子也有向内坍塌趋势,但负相对温度却能遏制它们向内活动而坚持波动。这种宇宙中广泛具有的独特现象现在也能在试验室看到,值得宇宙学家进一步研讨。

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