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天天播報:量子技術迎來突破研究人員首次實現(xiàn)勞克林態(tài)

2023-07-01 15:46:42 來源：cnBeta

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20 世紀 80 年代量子霍爾效應的發(fā)現(xiàn)揭示了被稱為“勞克林態(tài)”的新物質(zhì)形式，該物質(zhì)以美國諾貝爾獎獲得者的名字命名，他成功地從理論上描述了這種效應。這些奇特的狀態(tài)獨特地出現(xiàn)在二維材料中，在極冷的條件下，并且當受到極強的磁場時。在勞克林態(tài)下，電子構(gòu)成了一種不尋常的液體，其中每個電子圍繞其同系物舞動，同時盡可能地避開它們。

被激光操縱的超冷原子實現(xiàn)了勞克林狀態(tài)，這是一種奇特的量子液體，每個原子都在其同系物周圍跳舞。資料來源：Nathan Goldman

激發(fā)這樣的量子液體會產(chǎn)生集體狀態(tài)，物理學家將其與虛擬粒子聯(lián)系起來，這些粒子的性質(zhì)與電子截然不同：這些“任意子”攜帶分數(shù)電荷（基本電荷的一小部分），并且令人驚訝的是，它們在以下方面違背了粒子的標準分類：玻色子或費米子。

多年來，物理學家一直在探索在固態(tài)材料之外的其他類型系統(tǒng)中實現(xiàn)勞克林態(tài)的可能性，以進一步分析其特殊性質(zhì)。然而，所需的成分（系統(tǒng)的二維性質(zhì)、強磁場、粒子之間的強相關性）被證明極具挑戰(zhàn)性。

哈佛 Markus Greiner 實驗小組周圍的一個國際團隊在《自然》雜志上撰文，報告了首次利用激光操縱的超冷中性原子實現(xiàn)了勞克林態(tài)。

該實驗包括將一些原子捕獲在光學盒中，并實現(xiàn)創(chuàng)建這種奇異狀態(tài)所需的成分：強合成磁場和原子之間的強排斥相互作用。

在他們的文章中，作者通過強大的量子氣體顯微鏡對原子進行逐個成像，揭示了勞克林態(tài)的特征性質(zhì)。他們展示了相互繞軌道運行的粒子的奇特“舞蹈”，以及實現(xiàn)的原子勞克林態(tài)的分數(shù)性質(zhì)。

這一里程碑為量子模擬器中探索勞克林態(tài)及其近親（例如所謂的摩爾-里德態(tài)）的廣闊新領域打開了大門。考慮到在實驗室中利用任意子的獨特性質(zhì)，在量子氣體顯微鏡下創(chuàng)建、成像和操縱任意子的可能性特別有吸引力。

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