中國科技網(wǎng)訊 據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站1月3日報道,，德國物理學家用鉀原子首次造出一種低于絕對零度的量子氣體,。科學家稱這一成果為“實驗的絕技”,，為將來造出負溫度物質(zhì),、新型量子設(shè)備打開了大門，有助于揭開宇宙中的許多奧密,。
18世紀中期,，開爾文男爵威廉·湯姆森定義了絕對溫度，在此規(guī)定下沒有物質(zhì)的溫度能低于絕對零度,。氣體的絕對溫度與它所包含粒子的平均能量有關(guān),，溫度越高，平均能量越高,，而絕對零度是氣體的所有粒子能量都為零的狀態(tài)，這是一種理想的理論狀態(tài)。到了上世紀50年代,，物理學家在研究中遇到了更多反常的物質(zhì)系統(tǒng),，發(fā)現(xiàn)這一理論并不完全正確。
慕尼黑路德維格·馬克西米利安大學物理學家烏爾里奇·施奈德解釋說,，從技術(shù)上講,，人們能從一條溫度曲線上讀出一系列溫度數(shù)，但這些數(shù)字表示的只是它所含的粒子處于某個能量狀態(tài)的概率,。通常,，大部分粒子的能態(tài)處于平均或接近平均水平，只有少數(shù)粒子在更高能態(tài)上下,。理論上,，如果這種位置倒轉(zhuǎn)，使多數(shù)粒子處于高能態(tài)而少數(shù)粒子在低能態(tài),，溫度曲線也會反過來,，溫度將從正到負，低于絕對零度,。2001年諾貝爾物理學獎獲得者沃爾夫?qū)た颂乩找苍C明,，在磁場系統(tǒng)中存在負絕對溫度。
施奈德和同事用鉀原子超冷量子氣體實現(xiàn)了這種負絕對零度,。他們用激光和磁場將單個原子保持晶格排列,。在正溫度下，原子之間的斥力使晶格結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,。然后他們迅速改變磁場,，使原子變成相互吸引而不是排斥。施奈德說：“這種突然的轉(zhuǎn)換,，使原子還來不及反應(yīng),，就從它們最穩(wěn)定的狀態(tài)，也就是最低能態(tài)突然跳到可能達到的最高能態(tài),。就像你正在過山谷,，突然發(fā)現(xiàn)已在山峰?！?/p>
在正溫度下,，這種逆轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的，原子會向內(nèi)坍塌,。他們也同時調(diào)整勢阱激光場,，增強能量將原子穩(wěn)定在原位。這樣一來,，氣體就實現(xiàn)了從高于絕對零度到低于絕對零度的轉(zhuǎn)變,，約在負十億分之幾開氏度。
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