因斯布鲁克科学家用超冷原子创造贝特弦——ScienceDaily

奥地利因斯布鲁克大学的研究人员在超冷气体中创造并观测到了不同寻常的多粒子量子态——贝特弦。物理学家汉斯·贝特于1931年预测了它们的存在。阿姆斯特丹大学和慕尼黑工业大学的理论研究团队也参与了该实验，ScienceDaily报道。研究结果发表在《Nature Communications》期刊上。

一维管中的原子

为进行实验，科学家将一团铯原子冷却至仅比绝对零度高几十亿分之一度的温度。随后，他们将其分成数千个极其狭窄的管道，其中原子实际上只能沿一个方向运动。

一维环境正是贝特弦存在的必要条件。与普通分子不同，这些结构并非由化学键维系：粒子依靠彼此之间的相互作用保持在一起。研究人员将原子间相互作用的性质从排斥性改为吸引性，随后形成了不同大小的束缚态。一些团簇包含六个或更多粒子。

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通过碰撞和扩张进行验证

为确认粒子确实形成了束缚结构，研究团队进行了两种气体扩张实验。在第一种实验中，原子留在一维管道内，发生扩张并彼此碰撞。贝特弦在碰撞后仍然保持存在。

在第二种实验中，限制被解除，原子在三维空间中自由扩张。由于贝特弦只能存在于一个维度中，因此在这种条件下会解体。将粒子维持在束缚态的能量转化为运动，因此原子飞散得更快。在排斥性相互作用下，即粒子未处于束缚状态时，两种扩张实验中测得的能量几乎相同。在存在贝特弦的情况下，三维扩张中记录到了其解体产生的额外能量。

此前，贝特弦曾在固态磁性系统中被实验观测到。超冷原子气体能够精确控制系统的几何结构、粒子密度及其相互作用，从而可以研究这类集体量子对象的形成和碰撞。