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    光明日报 2022年02月09日 星期三

    我科学家首次测得神秘“第二声”衰减率

    作者:本报记者 常河 《光明日报》( 2022年02月09日 04版)

      本报合肥2月8日电(记者常河)中国科学技术大学潘建伟团队在世界上首次“破译”了“第二声”的衰减率,即声扩散系数。这项量子模拟重大突破是该团队基于超冷锂-镝原子量子模拟平台获得的结果,并以此准确测定了体系的热导率与粘滞系数。2月4日,国际著名学术期刊《科学》发表这项成果。审稿人称该项工作“展示了令人惊叹的实验的杰作”“该工作有望成为量子模拟领域的一项里程碑”。

      热不仅会扩散,在某些情况下,它还可能像声波一样,以波的形式传播,被称为“第二声”。这神秘的“第二声”一般不会出现在普通物质中,只会出现在某些特殊物质中,例如超流的氦。“超流就是粘滞性变成0的流体,是一种宏观量子现象。”该团队成员、中国科学技术大学教授陈宇翱介绍,“因为有粘滞性的存在,我们搅拌一杯水形成的漩涡,会在停止搅拌后慢慢消失,恢复平静。而超流体中的漩涡却会永远停不下来。更神奇的是,装到一个容器中的超流体,会自己爬出来。”

      80多年前,苏联科学家列夫·达维多维奇·朗道建立了两流体理论,预言了熵或温度会以波的形式在超流中传播。熵波的性质与传统声波类似,在传播过程中会逐渐衰减。朗道将其命名为第二声,并因此获得了1962年诺贝尔物理学奖。

      科学家发现,第二声的传播和衰减与超流序参量直接耦合,是一种只存在于超流体中的独特量子输运现象。“由强相互作用极限下的超冷费米原子形成的超流体具有极佳的纯净度与可控性,为研究第二声的衰减带来了全新的机遇。”陈宇翱说,在费米超流中研究第二声的衰减行为,不仅能回答“两流体理论能否描述强相互作用费米超流的低能物理”这一长期存在的问题,还能表征强相互作用费米体系在超流相变处的临界输运现象。“这也是超冷原子量子模拟领域的一个重要目标。”

      中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等与澳大利亚科学家胡辉合作,在过去四年多的时间里,搭建了一个全新的超冷锂-镝原子量子模拟平台,融合发展了灰色黏团与算法冷却、盒型光势阱等先进的超冷原子调控技术,最终成功地实现了世界领先的均匀费米气体的制备。

      据悉,这一发现为理解强相互作用费米体系的量子输运现象提供了重要的实验信息,是利用量子模拟解决重要物理问题的一个范例。

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