反向凝固-科學人雜誌
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反向凝固

2023-09-01 卡茨(Elise Cutts)
量子流體遇熱凝固。
▲ 反直覺現象:鐵磁流體形成的尖峰結構讓人聯想到量子「超固體」。(圖源:Oliver Hoffmann/Alamy Stock Photo)

想要固體融化,加熱就對了。要讓液體凝固,冷卻就行了。就這麼簡單。但是,量子力學就是不簡單!因為量子世界連一般最直覺的融化與凝固邏輯都能顛覆。

今年4月物理學家在《自然.通訊》發表了如何加熱一個量子流體(在此研究中是一種非常冷的磁性原子氣體),使其「固化」為超固體有序態。2021年首次觀察到這種反直覺現象,但直到現在才有辦法解釋。

未參與此研究的德國司徒加大學物理學家蘭根(Tim Langen)評論:「此論文提出一些新的理論觀點,成功描述以前不能解釋的實驗現象。」

我們可以把既是粒子又是波的量子粒子想像成機率雲(cloud of probability)。要在特定時刻於雲裡的任一點位置找到粒子的機率,與粒子的波動行為有關,因此可用波函數的公式來描述。在量子流體裡,許多粒子模糊(smear)成一個整體,其集體行為由一個波函數控制。一般來說,它們也是一種「超流體」,能無阻力流動。

論文共同作者、奧地利印斯布魯克大學以及量子光學與量子資訊研究所實驗物理學家費萊諾(Francesca Ferlaino)表示,超固體具有類似特性,但同時也具備有序的波紋結構……


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