中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)在世界上首次“破譯”了“第二聲”的衰減率，即聲擴(kuò)散系數(shù)。這項(xiàng)量子模擬重大突破是該團(tuán)隊(duì)基于超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺(tái)獲得的結(jié)果，并以此準(zhǔn)確測(cè)定了體系的熱導(dǎo)率與粘滯系數(shù)。2月4日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表這項(xiàng)成果。審稿人稱該項(xiàng)工作“展示了令人驚嘆的實(shí)驗(yàn)的杰作”“該工作有望成為量子模擬領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑”。
熱不僅會(huì)擴(kuò)散，在某些情況下，它還可能像聲波一樣，以波的形式傳播，被稱為“第二聲”。這神秘的“第二聲”一般不會(huì)出現(xiàn)在普通物質(zhì)中，只會(huì)出現(xiàn)在某些特殊物質(zhì)中，例如超流的氦?！俺骶褪钦硿宰兂?的流體，是一種宏觀量子現(xiàn)象?！痹搱F(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳宇翱介紹，“因?yàn)橛姓硿缘拇嬖?，我們攪拌一杯水形成的漩渦，會(huì)在停止攪拌后慢慢消失，恢復(fù)平靜。而超流體中的漩渦卻會(huì)永遠(yuǎn)停不下來(lái)。更神奇的是，裝到一個(gè)容器中的超流體，會(huì)自己爬出來(lái)?！?/p>
80多年前，蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達(dá)維多維奇·朗道建立了兩流體理論，預(yù)言了熵或溫度會(huì)以波的形式在超流中傳播。熵波的性質(zhì)與傳統(tǒng)聲波類(lèi)似，在傳播過(guò)程中會(huì)逐漸衰減。朗道將其命名為第二聲，并因此獲得了1962年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，第二聲的傳播和衰減與超流序參量直接耦合，是一種只存在于超流體中的獨(dú)特量子輸運(yùn)現(xiàn)象。“由強(qiáng)相互作用極限下的超冷費(fèi)米原子形成的超流體具有極佳的純凈度與可控性，為研究第二聲的衰減帶來(lái)了全新的機(jī)遇?！标愑畎空f(shuō)，在費(fèi)米超流中研究第二聲的衰減行為，不僅能回答“兩流體理論能否描述強(qiáng)相互作用費(fèi)米超流的低能物理”這一長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，還能表征強(qiáng)相互作用費(fèi)米體系在超流相變處的臨界輸運(yùn)現(xiàn)象。“這也是超冷原子量子模擬領(lǐng)域的一個(gè)重要目標(biāo)?！?/p>
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、姚星燦、陳宇翱等與澳大利亞科學(xué)家胡輝合作，在過(guò)去四年多的時(shí)間里，搭建了一個(gè)全新的超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺(tái)，融合發(fā)展了灰色黏團(tuán)與算法冷卻、盒型光勢(shì)阱等先進(jìn)的超冷原子調(diào)控技術(shù)，最終成功地實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)先的均勻費(fèi)米氣體的制備。
據(jù)悉，這一發(fā)現(xiàn)為理解強(qiáng)相互作用費(fèi)米體系的量子輸運(yùn)現(xiàn)象提供了重要的實(shí)驗(yàn)信息，是利用量子模擬解決重要物理問(wèn)題的一個(gè)范例。（記者常河）
(責(zé)編：李依環(huán)、熊旭)
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