量子力學(xué)干涉效應(yīng)如何使實(shí)驗(yàn)者能夠通過(guò)吸收光譜中的共振

盧森堡大學(xué)的物理學(xué)家與國(guó)際合作者現(xiàn)在在國(guó)際知名《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表了一項(xiàng)研究成果。研究展示了量子力學(xué)干涉效應(yīng)如何使實(shí)驗(yàn)者能夠通過(guò)吸收光譜中的共振，更好地研究量子液體中捕獲的粒子性質(zhì)。把一塊石頭扔進(jìn)安靜的湖里，會(huì)在水面上產(chǎn)生漣漪。把兩塊石頭扔進(jìn)湖里會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)這樣的面波，它們可以形成一個(gè)有趣的干涉模式。產(chǎn)生這些波浪需要能量，能量從石頭轉(zhuǎn)移到水中，最終導(dǎo)致石頭經(jīng)歷摩擦力。

在經(jīng)典物理學(xué)中，這是一個(gè)非常古老的問(wèn)題，但它的量子力學(xué)對(duì)應(yīng)物仍然具有令人驚訝的地方。量子力學(xué)等價(jià)物由兩個(gè)帶電離子組成，這兩個(gè)離子浸泡在由較輕的中性原子形成的“液體”中。在實(shí)驗(yàn)上，這樣的系統(tǒng)幾年前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，方法是結(jié)合離子阱和磁光阱，離子阱保持帶電離子的位置，磁光阱允許將中性原子帶入被稱為玻色-愛(ài)因斯坦凝聚(BEC)的集體量子態(tài)。

由于這對(duì)離子是帶電的，所以可以使用電場(chǎng)來(lái)操縱它們。特別是，從離子到BEC的能量轉(zhuǎn)移，以及由此產(chǎn)生的摩擦力，可以通過(guò)研究電磁場(chǎng)的吸收來(lái)測(cè)量。盧森堡大學(xué)托馬斯·施密特(Thomas Schmidt)研究組的物理學(xué)家，以及巴黎理工學(xué)院(Institut Polytechnic De Paris)和愛(ài)荷華州立大學(xué)(Iowa State University)的研究人員發(fā)現(xiàn)：

如果延長(zhǎng)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)，并考慮到兩個(gè)離子和原子的量子力學(xué)性質(zhì)，就會(huì)出現(xiàn)新的現(xiàn)象。在這種情況下，離子發(fā)射的波和外加電場(chǎng)之間的干擾，導(dǎo)致吸收光譜中的共振和反共振特征。在共振頻率下，離子對(duì)外加電場(chǎng)的反應(yīng)非常強(qiáng)烈，而在反共振時(shí)，根本不能從外加電場(chǎng)中吸收能量。

這些共振和反共振是量子干擾的結(jié)果，玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的拉長(zhǎng)性質(zhì)，以及離子和原子之間的強(qiáng)庫(kù)侖力。因此，它們可以作為一種有用的實(shí)驗(yàn)工具，用于進(jìn)一步表征玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的性質(zhì)，例如它們的聲速或它們?nèi)绾闻c嵌入的離子相互作用。研究了一維相互作用的量子液體，其中含有一對(duì)移動(dòng)雜質(zhì)引起的后向散射。研究確定了由液體介導(dǎo)兩種雜質(zhì)之間的有效延遲相互作用。

研究證明，對(duì)于強(qiáng)后向散射，這種相互作用在雜質(zhì)對(duì)的有限頻率遷移率中引起共振和反共振。在反共振時(shí)，即使在(小)外力的驅(qū)動(dòng)下，兩種雜質(zhì)也保持靜止。在共振時(shí)，它們的同步運(yùn)動(dòng)同相跟隨外部驅(qū)動(dòng)，并達(dá)到最大振幅。在通過(guò)雜質(zhì)的量子隧穿中使用微擾重整化群分析，研究了模型的有效性范圍。預(yù)測(cè)在限制在一維超冷原子氣體上的實(shí)驗(yàn)中，這些機(jī)械反共振是可以觀察到的。

研究/來(lái)自：盧森堡大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.075302

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：量子世界就是好玩！在一維量子液體波上沖浪，從未有過(guò)的樂(lè)趣！

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