量子物质突破调谐密度波

EPFL的科学家们找到了一种在原子气体中创建称为“密度波”的晶体结构的新方法。这些发现可以帮助我们更好地理解量子物质的行为，这是物理学中最复杂的问题之一。该研究于5月24日发表在《自然》杂志上。

EPFL的Jean-PhilippeBrantut教授说：“过去，冷原子气体因能够‘编程’原子间的相互作用而广为人知。”“我们的实验使这种能力加倍。”他们与因斯布鲁克大学的HelmutRitsch教授团队合作，取得了一项突破，不仅会影响量子研究，还会影响未来基于量子的技术。

密度波

长期以来，科学家们一直对了解材料如何自组织成复杂结构(如晶体)感兴趣。在通常神秘的量子物理学世界中，这种粒子的自组织可以在“密度波”中看到，其中粒子将自己排列成规则的、重复的模式或顺序;就像一群穿着不同颜色衬衫的人站成一排，但没有两个穿着相同颜色衬衫的人站在一起。

在各种材料中都可以观察到密度波，包括金属、绝缘体和超导体。然而，研究它们一直很困难，尤其是当这种顺序(波浪中的粒子模式)与其他类型的组织一起出现时，例如超流——一种允许粒子无阻力地流动的特性。

值得注意的是，超流动性不仅仅是一种理论上的好奇心;开发具有独特性能的材料(例如高温超导性)或用于构建量子计算机具有巨大的兴趣，这可以导致更有效的能量传输和存储。

用光调谐费米气体

为了探索这种相互作用，Brantut和他的同事们创造了一种“单一费米气体”，这是一种锂原子的稀薄气体，冷却到极低的温度，并且原子经常相互碰撞。

然后，研究人员将这种气体放入光学腔中，这是一种用于将光长时间限制在狭小空间内的装置。光腔由两个面对面的镜子组成，这些镜子在它们之间来回反射入射光数千次，从而允许光粒子、光子在腔内积聚。

在这项研究中，研究人员利用空腔使费米气体中的粒子在远距离相互作用：第一个原子会发射一个光子，该光子反射到镜子上，然后被气体的第二个原子重新吸收，无论距离多远这是从一开始。当足够多的光子被发射和重新吸收时——在实验中很容易调整——原子集体组织成密度波模式。

“原子在费米气体中直接相互碰撞，同时远距离交换光子，这是一种相互作用极端的新型物质，”Brantut说。“我们希望我们在那里看到的东西能够提高我们对物理学中遇到的一些最复杂材料的理解。”