科学家们证明了关键物理定理在量子世界的有效性

　　波恩大学的物理学家们通过实验证明，统计物理学中的一个关键定理适用于玻色爱因斯坦凝聚体。这一发现使得对这些量子超级粒子的特定属性的测量成为可能，为推导出原本难以观察到的系统特征提供了一种手段。这项研究的结果已经发表在《物理评论快报》杂志上。
　　玻色爱因斯坦凝聚物是阿尔伯特爱因斯坦和印度物理学家萨蒂恩德拉纳特博斯在20世纪20年代预测的一种物质状态。在这种状态下，一组玻色子，也就是具有整数自旋的粒子，坍缩成相同的量子状态，表现为单一实体。这导致了一系列独特的属性，包括零粘度和零阻力的流动，这在其他物质状态中是观察不到的。
　　假设在你面前有一个容器，里面装着一种未知的液体。你的目标是找出其中的粒子（原子或分子）因其热能而来回随机移动的程度。在没有一台显微镜的情况下，你可以用它来观察这些被称为布朗运动的位置波动。
　　事实证明根本不需要，可以简单地把一个物体绑在绳子上，然后把它拉过液体。要施加的力越大，液体就越有粘性。而它的粘性越大，液体中的粒子平均改变其位置的程度就越小。因此，在特定温度下的粘度可以用来预测波动的程度。
　　光子（绿色）可以被染料分子（红色）吞噬，随后再次吐出。这种可能性越大，光子数量的波动就越大。资料来源：J。Schmitt波恩大学
　　描述这一基本关系的物理规律是波动消散定理。用简单的话说，它指出。你需要从外部扰动一个系统的力量越大，如果你不去管它，它自己随机（即统计学上）波动的程度也就越小。波恩大学应用物理研究所的朱利安施密特博士解释说：我们现在首次证实了该定理对一组特殊量子系统的有效性：玻色爱因斯坦凝聚体。
　　玻色爱因斯坦凝聚物是一种奇特的物质形式，由于量子力学效应而产生。在某些条件下，粒子，无论是原子、分子，甚至是光子（构成光的粒子），都变得无法区分。数以百计或数千计的粒子合并成一个超级粒子玻色爱因斯坦凝结物（BEC）。
　　朱利安施密特博士，波恩大学应用物理研究所的初级研究小组组长
　　在有限温度下的液体中，分子会随机地来回移动。液体的温度越高，这些热波动就越明显。玻色爱因斯坦凝结物也会出现波动。凝结粒子的数量会发生变化。而这种波动也随着温度的升高而增加。
　　如果波动消散定理适用于BECs，其粒子数的波动越大，它们对外部扰动的反应应该越敏感，施密特强调说。不幸的是，通常研究的超冷原子气体中的BECs的数量波动太小，无法测试这种关系。
　　然而，马丁魏茨教授的研究小组（施密特是该小组的初级研究组长）正在研究由光子组成的玻色爱因斯坦凝聚体。而对于这个系统来说，这个限制并不适用。我们使BEC中的光子与染料分子相互作用，这位物理学家解释说，他最近获得了欧盟为年轻科学家提供的高额奖金，即所谓的ERC启动资金。当光子与染料分子相互作用时，经常会发生一个分子吞噬一个光子。染料因此变得能量激发。它随后可以通过吐出一个光子来释放这种激发能量。
　　由于与染料分子的接触，我们的BEC中的光子数量显示出很大的统计波动，物理学家说。此外，研究人员可以精确控制这种变化的强度。在实验中，光子被困于两面镜子之间，在那里以乒乓球游戏的方式来回反射。镜子之间的距离可以改变。它变得越大，光子的能量就越低。由于低能量的光子不太可能激发染料分子（所以它们被吞噬的频率较低），现在凝聚的光粒子的数量波动要小得多。
　　波恩的物理学家们现在研究了波动的程度与BEC的反应有什么关系。如果波动消散定理成立，这种敏感性应该随着波动的减少而减少。施密特强调说：事实上，我们能够在我们的实验中证实这种效应。他也是波恩大学跨学科研究领域（TRA）物质和卓越集群ML4Q量子计算的物质和光的成员。
　　与液体一样，现在有可能从更容易测量的宏观反应参数中推断出玻色爱因斯坦凝结物的微观特性。施密特说：这为新的应用开辟了一条道路，例如在复杂的光子系统中精确测定温度。