科學(xué)家觀察到物質(zhì)波“超冷消失”現(xiàn)象

最近，美國萊斯大學(xué)物理學(xué)家在超冷原子實(shí)驗(yàn)中觀察到一種奇特的“消失現(xiàn)象”：在某種情況下，兩個(gè)物質(zhì)波形成的孤波在彼此穿越過程中會(huì)出現(xiàn)距離“鴻溝”，然后出現(xiàn)在另一邊，繼續(xù)無衰減地振蕩。研究小組在最新的《自然·物理學(xué)》雜志上描述了這一奇怪現(xiàn)象。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月2日報(bào)道，萊斯大學(xué)物理學(xué)與天文學(xué)教授蘭迪·休雷特小組將幾十萬個(gè)鋰原子冷卻到接近絕對零度，形成玻瑟—愛因斯坦凝聚體（BECs）。由于溫度極低，原子振動(dòng)步調(diào)一致，可看作單個(gè)的物質(zhì)波，也叫孤波或孤子。孤波在空間通過時(shí)，不會(huì)衰減、變平或變形。兩個(gè)孤波相撞后彼此通過對方，但仍保持原有的波形和速度，所以也可以把孤波當(dāng)作粒子來看待。

“首先我們造出BECs，然后用一片光把它分成兩半向兩邊推開?！闭撐牡谝蛔髡?、博士后研究員杰森·努因說，“光把它們隔開成為兩個(gè)孤波，我們再把光去掉，它們就會(huì)返回原位，互相撞在一起?！?/p>

研究小組用攝像機(jī)拍攝了數(shù)千次孤波對之間的碰撞，發(fā)現(xiàn)在某些碰撞中，孤波互相靠近，但彼此之間總保持著一個(gè)微小距離，然后它們出現(xiàn)反彈以避免碰撞?！澳阌肋h(yuǎn)也看不到它們在一起，總是會(huì)有一個(gè)缺口，它們必須跳過去。它們會(huì)彼此通過，但在通過時(shí)永遠(yuǎn)不會(huì)共占同一空間?！毙堇滋卣f。

“孤波的一個(gè)規(guī)定特征是它們能彼此穿過，再次出現(xiàn)而沒有衰減。”休雷特解釋說，某些碰撞與此一致，兩個(gè)孤波振蕩、會(huì)合、出現(xiàn)，并繼續(xù)這種周期。但在另一些碰撞中，二者之間總是有個(gè)缺口。就像它們走到一起，然后彼此出現(xiàn)反彈。這種缺口，可看作是孤波之間存在斥力的證據(jù)。

為了研究孤波是否被反彈了，他們使波對中的一個(gè)比另一個(gè)要大，作為“標(biāo)記”。通過用不同相位的孤波對進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在同相波中，孤波彼此穿過后再次出現(xiàn)，正如理論所預(yù)測；當(dāng)相位差為180度，也就是完全異相波中，出現(xiàn)了缺口，顯示它們正在反彈。

“雖然我們看到了缺口，但還看到較大的孤波出現(xiàn)在了另一邊，也就是說，它跳過了‘鴻溝’！”休雷特說，“這種情況是因?yàn)椤ò缮妗２ㄓ姓?fù)振幅，一個(gè)是正而另一個(gè)是負(fù)時(shí)，它們就會(huì)彼此抵消。它們處在會(huì)合點(diǎn)的概率為零。它們會(huì)通過那個(gè)點(diǎn)，但在那個(gè)點(diǎn)上，你永遠(yuǎn)看不到它們?！?/p>

休雷特說，“實(shí)驗(yàn)證明了孤波能彼此穿過的理論，甚至在它們是異相波出現(xiàn)反彈的情況下。這有助于人們對超冷物質(zhì)產(chǎn)生根本性的新見解。這種相位—決定效應(yīng)在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中也有?！?/p>