科學(xué)家在量子氣體中觀察到“第二聲”
　證實(shí)了70年前朗道提出的溫度波理論

　　“第二聲”也叫溫度波或熵波，是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，目前只在超流液氦中才能觀察到。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月16日（北京時(shí)間）報(bào)道，zui近，奧地利因斯布魯克大學(xué)和意大利特蘭托大學(xué)物理學(xué)家合作實(shí)驗(yàn)，在量子氣體中也觀察到了這種溫度波的傳播，證實(shí)了列夫·朗道70年前假設(shè)的理論。相關(guān)論文發(fā)表在《自然》雜志上。

　　在低于臨界溫度時(shí)，一些液體會(huì)變成超流體而失去摩擦力。此外，超流狀態(tài)下液體的導(dǎo)熱性能*，會(huì)以一種*不同的溫度波的形式來傳輸能量。由于這種波很像聲波，因此也被稱為“第二聲”。為了解釋超流體的性質(zhì)，物理學(xué)家列夫·朗道1941年發(fā)展了雙流體力學(xué)理論，他假設(shè)低溫下的液體包含超流液和普通液體兩部分，后者隨著溫度下降而逐漸消失。

　　迄今為止，人們只能在液氦和超冷量子氣體中觀察到超流動(dòng)性。另一種超流系統(tǒng)是中子星，在原子核中也發(fā)現(xiàn)有超流現(xiàn)象的證據(jù)。超流性與超導(dǎo)性密切相關(guān)，后者是在低溫下表現(xiàn)的零電阻現(xiàn)象。

　　超冷量子氣體是把幾十萬個(gè)原子在真空容器中冷卻到接近零度（零下273.15攝氏度）獲得的，利用激光能夠?qū)Υ藸顟B(tài)下的粒子進(jìn)行高精度地控制和操縱，因此是觀察量子力學(xué)現(xiàn)象，如超流動(dòng)性的理想模型系統(tǒng)。“十多年來，雖然這一領(lǐng)域已有大量研究，但要在量子氣體中探測(cè)到第二聲現(xiàn)象還很困難。”因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)院、奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所的魯?shù)婪?middot;格里姆說，“然而到zui后，證明它卻容易得讓人驚訝。”

　　在實(shí)驗(yàn)室中，格里姆的量子物理學(xué)家小組準(zhǔn)備了由30萬個(gè)鋰原子構(gòu)成的量子氣體，用調(diào)制激光束給雪茄煙形的粒子云加熱，然后觀察到了溫度波的傳播。“雖然在超流氦里只產(chǎn)生了一個(gè)熵波，但我們的費(fèi)米子氣體也顯出了一些熱膨脹，由此形成了可檢測(cè)的密度波。”格里姆解釋說，這也是研究人員*次在量子氣體中檢測(cè)到超流體的不同部分。“在我們之前還無人做到這一點(diǎn)，這*費(fèi)米子氣體研究中的一個(gè)基本缺口。”

　　該研究是因斯布魯克物理學(xué)家與意大利科學(xué)家長(zhǎng)期合作的成果。特蘭托大學(xué)玻瑟—愛因斯坦凝聚中心小組領(lǐng)導(dǎo)之一是列夫·皮塔伊夫斯基，他也是列夫·朗道的學(xué)生。他們修改了朗道關(guān)于第二聲理論的描述，使之與實(shí)驗(yàn)中近乎一維的幾何波形更加適應(yīng)。魯?shù)婪?middot;格里姆說： “利用這一模型，解釋實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果變得更加容易。這一成果代表了我們合作的。”

科學(xué)家在量子氣體中觀察到“第二聲”