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潘建伟团队首次证明一种全新量子物态

这一实验发现为超冷原子量子模拟研究带来了全新的机遇和挑战,同时也为研究高阶分波相互作用主导的少体及多体量子物理铺平了道路。

记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟院士及其同事陈宇翱、姚星灿与合作者组成的研究团队,首次在玻色-爱因斯坦凝聚体中观测到了极宽的d波势形散射共振,并间接证明了d波分子超流的存在。这一实验发现为超冷原子量子模拟研究带来了全新的机遇和挑战,同时也为研究高阶分波相互作用主导的少体及多体量子物理铺平了道路。日前该成果发表在国际学术期刊《自然·物理》上。

粒子间的碰撞散射是一种基础而又重要的相互作用,无论是宇宙诞生之初的元素产生,还是日常生活中的化学反应,原则上都可以用散射的量子理论来描述。根据散射波函数的对称性,可以将散射过程分为各向同性的s波以及各向异性的p波、d波等高阶分波。与s波散射相比,由高阶分波主导的量子多体系统会展现出更为丰富有趣的现象,但由于高阶分波的散射过程过于复杂,理论计算所需要的资源大大超过了经典计算的能力,严重制约了对相关物理现象的理解。

研究团队首次在玻色-爱因斯坦凝聚体中观测到了一个极宽的d波势形共振。他们发现,在散射共振附近,玻色爱因斯坦凝聚体的寿命仍高达数百毫秒,远远大于多体系统的平衡时间。因此,该d波共振同时具备超冷、宽共振带宽、长寿命三大要素,为基于d波相互作用的量子模拟研究提供了一个绝佳的平台。

进一步的研究发现,当扫描磁场以一定速率穿过共振点时,系统实现了原子和d波分子之间的相干转化,自发出现了长寿命的集体激发振荡。通过细致的测量该集体振荡的频率、振幅、原子数目与扫描磁场速率的关系,研究团队证明了系统内部已经存在大量的超冷d波分子。

这一研究结果,表明d波分子已经形成了一种全新的量子物态——d波分子超流,也为未来研究d波分子超流奠定了基础。

科技日报