美科學(xué)家模擬強相互作用造出互斥云
通常情況下，當(dāng)一朵云遇上另一朵云，它們會互相彌散彼此透過?！睹咳湛茖W(xué)》：美國麻省理工學(xué)院物理學(xué)家造出了一種奇怪的超冷氣云，即使將其密度降低到只有空氣的百萬分之一，它們在相遇時也能像兩個保齡球一樣彼此彈開。這是科學(xué)家觀察到氣體之間無法互相透過的現(xiàn)象。該發(fā)現(xiàn)有助于解釋中子星、高溫超導(dǎo)體、宇宙大爆炸后瞬間產(chǎn)生的夸克膠子湯等類似系統(tǒng)的性質(zhì)。相關(guān)論文發(fā)表在《自然》雜志上。

　　該研究由麻省理工學(xué)院副教授馬丁·茨威爾雷恩領(lǐng)導(dǎo)，他們在麻省理工—哈佛超冷原子中心開展了一個項目，利用超冷原子作為易于控制系統(tǒng)模型來研究復(fù)雜材料，如高溫超導(dǎo)材料、存儲數(shù)據(jù)的高能效新型磁性材料等，本研究是該項目的一部分。

　　自旋為半整數(shù)的粒子如電子、質(zhì)子、中子、夸克都是費米子，是所有物質(zhì)的基本組成。但不同的費米子物質(zhì)態(tài)由它們的運動情況來劃分，如電子在金屬中能運動，在絕緣體中不能運動，在超導(dǎo)體中零阻力運動。然而包括高溫超導(dǎo)體在內(nèi)的很多材料具有特殊的費米子態(tài)，造成這種現(xiàn)象的個中原因卻不為人知。人們只知道，費米子相互作用強的材料，彼此碰撞（稱為散射）的可能性更大。

　　此次研究人員在實驗室里造出的云是一種冷卻到接近零度的鋰原子氣體，用來代替電子，鋰同位素也是一種費米子，用來模擬強相互作用系統(tǒng)模型。研究人員用磁場調(diào)整鋰原子的能量態(tài)，讓原子之間產(chǎn)生自然狀態(tài)的強度相互作用，即每次它們相互遭遇，就會散射開。

　　氣體被冷卻到500億分之一開氏度以消除熱能影響，再用磁力將氣體分開成兩部分，分別標(biāo)記為“上旋”和“下旋”，然后讓兩部分氣體在激光勢阱中相撞。研究人員發(fā)現(xiàn)，它們不但不像通常那樣互相彌散透過，而是戲劇性地互相推開。

　　“看到這種極為稀薄的氣云彼此彈開，我們非常震驚。”論文主要作者、研究生阿瑞爾·薩馬說，氣云zui終還是會彌散融合，但要花很長時間，有幾次甚至用了一秒甚至更長，這對微觀事件來說是極其漫長的。

　　研究人員表示，今后打算將鋰原子氣體限制在二維以模擬二維狀態(tài)，此時電子以高溫超導(dǎo)的形式存在。還可以模擬其他的強相互作用系統(tǒng)，比如高密度中子星，直徑只有幾十公里，但質(zhì)量比我們的太陽還要大;或者夸克—膠子等離子體，其相互作用也類似原子在超冷鋰氣云中的作用，這種物質(zhì)在宇宙剛形成時存在，在原子核對撞達(dá)到萬億度高溫的條件下也能再次產(chǎn)生。
美科學(xué)家模擬強相互作用造出互斥云