中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊在世界上首次“破譯”了“第二聲”的衰減率，即聲擴散系數(shù)。這項量子模擬重大突破是該團隊基于超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺獲得的結(jié)果，并以此準確測定了體系的熱導(dǎo)率與粘滯系數(shù)。2月4日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表這項成果。審稿人稱該項工作“展示了令人驚嘆的實驗的杰作”“該工作有望成為量子模擬領(lǐng)域的一項里程碑”。
熱不僅會擴散，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”一般不會出現(xiàn)在普通物質(zhì)中，只會出現(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。”該團隊成員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳宇翱介紹，“因為有粘滯性的存在，我們攪拌一杯水形成的漩渦，會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永遠停不下來。更神奇的是，裝到一個容器中的超流體，會自己爬出來?！?/p>
80多年前，蘇聯(lián)科學(xué)家列夫·達維多維奇·朗道建立了兩流體理論，預(yù)言了熵或溫度會以波的形式在超流中傳播。熵波的性質(zhì)與傳統(tǒng)聲波類似，在傳播過程中會逐漸衰減。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。
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特量子輸運現(xiàn)象。“由強相互作用極限下的超冷費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了全新的機遇?！标愑畎空f，在費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相互作用費米超流的低能物理”這一長期存在的問題，還能表征強相互作用費米體系在超流相變處的臨界輸運現(xiàn)象?！斑@也是超冷原子量子模擬領(lǐng)域的一個重要目標?！?/p>
中國科學(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，在過去四年多的時間里，搭建了一個全新的超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺，融合發(fā)展了灰色黏團與算法冷卻、盒型光勢阱等先進的超冷原子調(diào)控技術(shù)，最終成功地實現(xiàn)了世界領(lǐng)先的均勻費米氣體的制備。
據(jù)悉，這一發(fā)現(xiàn)為理解強相互作用費米體系的量子輸運現(xiàn)象提供了重要的實驗信息，是利用量子模擬解決重要物理問題的一個范例。（記者常河）
(責編：李依環(huán)、熊旭)
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