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据美国《大众科学》月刊网站9月9日报道,在日本京都的一个实验室里,研究人员正在进行一些非常冷的实验。来自京都大学和得克萨斯州休斯敦赖斯大学的一个科学家团队将物质冷却到了仅比绝对零度(零下273.15摄氏度,即所有粒子运动都停止时的温度)高十亿分之一摄氏度,使之成为整个宇宙中最冷的物质。这项研究发表在9月的英国《自然·物理学》上,赖斯大学说,它“打开了通往未经探索的量子磁场领域的门户”。

“除非有外星文明目前正在进行这样的实验,否则,京都大学任何时候进行这一实验所制造出的都将是宇宙中最冷的费米子,”研究通讯作者、赖斯大学教授、该大学量子计划成员卡登·哈泽德在一份新闻稿中说,“费米子不是罕见的粒子。它们包括电子等东西,是构成所有物质的两种粒子之一。”

由研究作者高桥佳郎(音)领导的京都大学团队利用激光将镱原子的费米子冷却到绝对零度以上十亿分之一摄氏度左右。这要比星际空间的最低温度还要冷30亿倍。这一区域的宇宙仍受到宇宙微波背景(或者说大爆炸后的辐射余晖)的影响。已知最寒冷的宇宙空间区域是回力棒星云,它的温度比绝对零度高1摄氏度,距离地球3000光年。

就像电子和光子一样,原子受制于量子动力学定律,但它们的量子行为只有在被冷却至非常接近绝对零度时才能看得出来。运用激光冷却原子以研究超冷原子量子特性的方法已经运用超过25年。

“达到这种极低温的结果就是,物理学真的发生了变化,”哈泽德表示,“物理学开始变得更加量子力学化,它让你得以看到新现象。”

报道指出,在这项实验中,激光通过阻止30万个镱原子在光学晶格中的运动来冷却该物质。它模拟了哈伯德模型,这是由理论物理学家约翰·哈伯德于1963年首次提出的。物理学家利用哈伯德模型研究材料的磁和超导行为,尤其是电子之间的相互作用产生集体行为的情况。

这种模型使原子能够展示其不寻常的量子特性,包括电子的集体行为(有点像在足球比赛时表演“人浪”的一群球迷)和超导,或者说物体在不丧失能量的情况下导电的能力。

“他们在京都使用的温度计是我们的理论提供的重要东西之一,”哈泽德说,“将他们的测量结果与我们的计算结果进行比较,我们就可以确定温度。创纪录的温度是通过与该系统极高的对称性有关的有趣的新物理学实现的。”

在京都模拟的哈伯德模型具有特殊的对称性,称为SU(N)。SU代表特殊酉群,这是一种描述对称性的数学方法;N则表示模型中粒子可能的自旋态。

来源:参考消息网

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最冷的天体是哪个?

宇宙中“最冷”的地方

  哈伯太空望远镜1998年所拍摄的一幅影像,主题是一个名为“回力棒星云(Boomerang Nebula)”的地方,天文学家认为它应是宇宙中“最冷”的地方。  这个星云位在半人马座中,距离地球约5000光年,是个还相当年轻的行星状星云,星云的光主要是反射中心恒星的星光。在1995年时,瑞典天文学家利用位在智利的欧南天文台(ESO)次毫米波望远镜(Submillimetre Telescope)观测时就发现:它的温度仅有摄氏零下272度,只比绝对零度(摄氏零下273度)多了一度;这是到目前为止天文学家所观测到的宇宙中最冷的地方,也是唯一温度比宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background radiation,绝对温度3K,摄氏零下270度)还低的天体。  “回力棒星云”的外型与一般行星状星云甜甜圈似的外表差异甚多,至于为何行星状行云会呈现出各种不同的模样,天文学家仍视之为谜题。“回力棒”之名来自1980年代澳洲天文学家首次用望远镜拍摄到这个星云时,看见其弯曲的两翼的模样像是回力棒一样。不过1998年哈伯的高解析影像出炉后,星云的外型看来不像回力棒,倒像是小男生配戴的蝴蝶领结一般。天文学家认为回力棒星云的外形成因可能是受到从中间恒星吹出的时速50万公里、超强烈、超冷的气体所造成,据估计:这颗恒星目前每年会损失千分之一个太阳质量,且这种状况已经持续了1500年之久,比同类型天体的质量损失率高出100倍以上。因此天文学家认为:这颗即将死亡的星过于快速的膨胀与过高的质量损失率,或许就是造成它温度如此之低的主因。

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