窺見(jiàn)物理學(xué)家大腦中的“精靈”
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉等人在國(guó)際上首次通過(guò)量子調(diào)控的方法,在超冷原子體系中發(fā)現(xiàn)了拓?fù)淞孔游飸B(tài)中的準(zhǔn)粒子——任意子,并實(shí)現(xiàn)了任意子之間的編織交換過(guò)程。日前,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事苑震生、陳宇翱等人在國(guó)際上首次通過(guò)量子調(diào)控的方法,在超冷原子體系中發(fā)現(xiàn)了拓?fù)淞孔游飸B(tài)中的準(zhǔn)粒子——任意子,并證實(shí)了任意子的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)特性,向著實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算邁出了重要一步。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》發(fā)表了該成果。 光晶格中的原子自旋糾纏態(tài)示意圖 任意子編織的示意圖 究竟什么是任意子?為什么它會(huì)在自然界中出現(xiàn)? 自然界存在著奇異粒子 1983年,人們?cè)谘芯慨?dāng)時(shí)引人注目的一個(gè)宏觀量子現(xiàn)象——分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)時(shí),逐漸意識(shí)到這個(gè)效應(yīng)中可能就存在任意子。 愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò):“常識(shí)只是人們?cè)?8歲以前對(duì)自然形成的一種偏見(jiàn)!边@話很詼諧,但寓意深刻。新的物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),就會(huì)產(chǎn)生一種全新的理論。新理論相對(duì)于舊理論而言,一般總是要違背某些所謂的常識(shí),分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)及服從分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)的任意子理論的誕生及其發(fā)展過(guò)程,就是一個(gè)典型的例證。 “量子力學(xué)中最美妙、最驚人的成就之一,就是給經(jīng)典力學(xué)中毫無(wú)意義的全同粒子不可區(qū)分性原理賦予了全新的含義,真正不可區(qū)分的全同粒子之間具有強(qiáng)烈的相互作用”,中國(guó)科技大學(xué)陳宇翱教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者,這種相互作用通常是通過(guò)量子統(tǒng)計(jì)規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般說(shuō)來(lái),全同粒子可分為兩類:一類是費(fèi)米子,具有強(qiáng)烈的排斥作用;另一類是玻色子, 都可以凝聚到能量最低態(tài)。 “多年來(lái),人們一直認(rèn)為自然界中只存在費(fèi)米和玻色兩種量子統(tǒng)計(jì)。但有人對(duì)此提出了疑義,認(rèn)為可能存在介于玻色子和費(fèi)米子之間的新的全同粒子,這種粒子一般被稱為‘任意子’,它所遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)則叫分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)”,陳宇翱說(shuō),最早指出這種新的量子統(tǒng)計(jì)可能存在的,是兩位挪威物理學(xué)家。在系統(tǒng)地研究了空間拓?fù)湫再|(zhì)和全同粒子不可區(qū)分性原理后,意識(shí)到在二維空間中可能存在新的量子統(tǒng)計(jì),1982年美國(guó)物理學(xué)家F·魏爾茨克提出了任意子的概念。 隨后研究表明,任意子可以存在于某些理論模型之中,當(dāng)時(shí)的任意子僅僅是寄生在少數(shù)幾個(gè)理論物理學(xué)家大腦中的精靈,甚至被認(rèn)為這只是一些數(shù)學(xué)上的奇異現(xiàn)象,誰(shuí)都沒(méi)有料想到,現(xiàn)實(shí)世界中居然還真的會(huì)發(fā)現(xiàn)這種奇異粒子存在的跡象。1983年,人們?cè)谘芯慨?dāng)時(shí)引人注目的一個(gè)宏觀量子現(xiàn)象——分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)時(shí),逐漸意識(shí)到這個(gè)效應(yīng)中可能就存在任意子。 |