解开10万个气体原子的量子相互作用

　　资料来源:埃因霍温理工大学
　　西尔维亚·穆索利诺(Silvia Musolino)通过研究由许多原子组成的最低温度气体，为自己的量子物理学新理论见解辩护。
　　研究量子力学的一种实用方法是由密度极低、由许多原子(通常超过10万个)组成的气体冷却到接近绝对零度的温度。Silvia Musolino研究了这些原子之间不同类型的相互作用，为未来研究量子计算机等新技术提供了新的途径。
　　量子力学定律支配着原子尺度上的物理，并与经典力学相区别，后者主要研究我们能看到、听到或触摸到的自然现象。然而，甚至量子力学也影响着我们的日常生活。晶体管是电子器件的关键组成部分，其基础是量子力学效应。此外，量子力学为可能强烈影响我们生活的新技术铺平了道路，比如量子计算机。
　　原子一起运动
　　在密度极低的气体中，比空气密度低得多，原子之间几乎看不到对方。这些系统的行为只取决于几个参数，例如密度和温度。这使得构建非常通用的理论模型成为可能，能够描述许多和非常不同的系统。
　　在量子力学中，原子表现为具有特征长度尺度的波，称为热波长。在低温下，这个尺度变得比两个原子之间的间距更大，所以与原子相关的波可以加在一起，导致集体现象，比如玻色-爱因斯坦凝聚。
　　当原子发生玻色-爱因斯坦凝聚时，它们开始向同一个方向移动，即使它们有很多，它们的行为就像一个单一的实体。在她的论文项目中，Musolino使用单体相关函数分析了这一现象，该函数量化了玻色-爱因斯坦凝聚态内部原子的相互联系。
　　复合材料的形成
　　此外，考虑到原子之间的相互作用，她还研究了其他类型的相关性。相互作用的特征是一个称为散射长度的参数，它可以解释为相互作用有效工作的原子的距离。强相互作用意味着散射长度比原子间距大得多。特别是，Musolino考虑了散射长度在时间上的快速变化引起的强相互作用;这使得相关性依赖于时间，并使系统失去平衡。
　　如果原子核中的中子数是偶数，那么一个原子就是玻色子，否则它就是费米子。玻色子原子喜欢待在一起，这意味着它们可以占据相同的状态;相反，费米子＂不那么社会化＂，两个费米子只有在有两个不同自旋的情况下才能占据相同的状态，而自旋是粒子的固有属性。
　　由于复合材料的形成依赖于原子的类型，穆索利诺开发了一个通用的理论框架，能够跟踪由许多原子组成的系统中的少体关联的动力学，并将该方法应用于玻色和费米气体。
　　在这个模型中，它还包括了一些实验特征，比如容器陷阱的存在，这使得原子不能完全自由地移动，她还与现有的实验数据进行了大量的比较——这是一个重要的发现。在她的理论中，她展示了复合材料的存在如何改变整个多体系统的动力学，为未来的研究提供了新的途径。