恰好是玻色爱因斯坦凝聚态的范畴。
啥叫玻色爱因斯坦凝聚态咧?
它的缩写为BEC,是量子物理中最经典的模型之一。
1924-1925年左右。
老爱同学根据量子力学和统计力学的原理,推断出当温度低于一个临界温度Tc时,一堆没有相互作用的玻色子就会慢慢地占据相同的“轨道”,形成一种“凝聚”。
用人话来翻译一下:
天气冷的时候,动物们都知道要抱团取暖。
毕竟冷嘛,挤在一起就舒服点。
而基本粒子之一的玻色子也一样。
温度高的时候也可以到处跑,但是温度低了,自己的能量也低了,跑不动了,就都在能量低的地方抱团取暖。
等到温度低得不能再低了,不管老实的还是浪荡的玻色子,无论你原来是什么成分,大家谁都不嫌弃谁,都聚在一起,不排斥彼此,相亲相爱的共同面对极度的寒冷。
这就是玻色爱因斯坦凝聚态。
这个模型在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都有美好的应用前景,上世纪90年代后有关BEC的研究迅速发展,观察到了一系列新的现象。
如BEC中的相干性、约瑟夫森效应、蜗旋、超冷费米原子气体等等……
截止到2022年。
全世界已经有数十个实验室实现了8种元素的BEC,相关工作已有6人次获得诺贝尔物理学奖。
没错!
看到这里,聪明的同学想必已经记起来了:
BEC的数学模型,正是徐云在物理的研究方向!
这个方向甚至不是选修课题,而是他的主阵地。
而历史上第一个玻色爱因斯坦凝聚态的物质……
就是通过铷原子完成的。
从这个角度切入,徐云可以非常完美的链接到重力梯度仪设计。
也就是【大佬,我发现了XX原子/粒子,在玻色爱因斯坦凝聚态下的测量量级比铷原子高,目前铷原子在实验室外唯一的用途就是重力梯度仪,所以咱们是不是能试试运用在重力梯度仪】云云……
完美.JPG。
只是……
思路虽然顺滑,但实操起来却难度很大。
因为……
徐云tmd找不到对应的微粒啊……
铷原子之所以能被作为重力梯度仪的测量材料,主要是因为它属于一种原子频标:
这玩意儿和铯都可以看做是类氢原子,即一个电子加一个原子实的结构,能级结构比较简单。
同时,它们量子态的选择和制备以目前的技术来说也比较容易实现。
否则的话,欧洲那边也不会选用铷来做测量粒子。
换而言之……
想要找到和铷相同量级的粒子都很困难,遑论比铷原子精度还高四个量级的微粒了。
因为除了光子之外的微粒都有静质量,这个静质量就限制了它们自身会对效果产生影响。
按照徐云的设想。
目前最合适的微粒应该是中微子,但如果能稳定捕捉这玩意儿,科学技术早就领先奖励的那款重力梯度仪不知道多少代了。
所以在想出了这个思路后,实操环节便陷入了一个闭环。
结果没想到……
自己苦寻无果的小黑子,居然在孤点粒子这边露出了小鸡脚?
第356章 意外的走向
双缝干涉次日上午。
“什么?”
科大同步辐射办公室内。
正在呼噜着一碗太和板面的潘院士呲溜一口,将半截面条飞速吞下,鼓着腮帮子一边咀嚼一边对面前的徐云问道:
“小徐,你说你想分包一部分孤点粒子的研究课题?”
徐云点点头,将自己原先准备的那份草图递了过去:
“嗯,您看看这个。”
早先提及过。
徐云的想法说白了其实很简单:
靠着孤点粒子无静质量的特性取代超冷链的铷原子,从而达到更高精度的测量反馈效果。
因此潘院士只是匆匆扫了几眼,便明白了徐云的全部想法,将它放到了一旁。
笃笃笃——
只见潘院士的食指在桌面上有节奏的敲击着,整个人面露思色。
几秒钟后。
他抬头看向了徐云,斟酌着道:
“小徐,从图纸上来看,你的思路确实没什么大问题。”
“不过你应该知道,一个项目是否立项,不是‘思路’这两个字就能确定的,需要定制出更全面、更有可行性的步骤才行。”
“比如我问你,你准备怎么让孤点粒子形成量子态?”
潘院士的表情很凝重,丝毫没有放徐云一马、照顾自己弟子的意思。
依旧是以铷原子为例。
铷原子首次获得玻色-爱因斯坦凝聚态的时间可以追溯到1995年,当时麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学鲍尔德分校的埃里克·康奈尔在170 nK的低温下达成了这个成就。
自那以后。
铷原子方才被大范围的在实验室内开始广泛运用,并在15年后成功脱离实验室,出现在了重力梯度仪上。
但是……
这么一句简单的描述背后,蕴藏着的是无数前人的汗水,以及超高的制备难度。
铷原子如此,孤点粒子同样如此。
孤点粒子想要取代铷原子在重力梯度仪的位置……或者直白点说,要让孤点粒子具备适配重力梯度仪的可能性,徐云就必须要解决一个最最最基础的问题:
怎么搞出像铷原子一样的量子态?
做不到这一步,那么一切都是空谈。
潘院士也绝不可能同意徐云的立项。
换而言之……
潘院士提出的这个问题,也算是某种程度上的‘面试’。
“形成量子态?”
徐云昨天和赵政国聊完立项的想法后,在夜里便对实操环节进行了思考。
虽然依旧有很多问题没有结果,但对于量子态这种必须跨越的门槛多少还是有了些解决方案:
“老师,我的想法是这样的。”
“我们可以在设备上放置一个塞曼减速器,通过一个反向传播的激光束与微粒进行共振跃迁。”
“如此便能初步筛选出合适的孤点粒子,并且确定它在每个能级的粒子数分布。”
“接着按照玻色统计理论,我们知道每个能级的粒子数分布之后,可以利用态密度把求和转化为积分来计算总的粒子数。”
“接着便是……轨道耦合。”
“目前咱们国内在一维人工自旋轨道耦合已经有了一定成果,所以如果能完成孤点离子在二维以上的自旋轨道耦合,我认为完成量子态应该不成问题。”
潘院士手指敲击桌子的频率逐渐放慢,最后陷入了沉思。
早先提及过。
所谓波色-爱因斯坦凝聚,便是将原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一基态。
而这种基态,实际上就是量子态。
因此超冷原子的物理研究,有相当多属于量子……或者说潘院士的研究领域。
例如徐云提到的自旋轨道耦合。
在超冷原子中实现人工自旋轨道耦合并研究新奇量子物态,这是目前超冷原子物理最重大的前沿课题之一。
在2016年的时候。
科大就曾经和北大理论组合作,提出并构建了二维拉曼耦合光晶格,实现了二维自旋轨道耦合拓扑量子气。
不久前。
北大物理量材中心的刘雄军教授,还在原二维系统的基础上,提出了三维自旋轨道耦合和理想外尔半金属的新型拉曼光晶格方案,并且发表在了《科学》上(doi:10.1126/science.abc0105)
话说回来。
潘院士还是那篇论文的通讯作者呢。
因此他很清楚……