“超量子”湍流现象首获观测

英国剑桥大学卡文迪许实验室研究团队借助超冷钾原子实验，首次捕捉到一种只存在于量子世界的湍流。这种被称为“超量子”湍流的神秘流动，靠细长涡旋彼此纠缠而存在。团队推测，从液氦的极寒深渊到中子星的致密内核，其表现的或许都是这种“超量子”湍流现象。相关成果已发表于最新一期《物理评论快报》杂志。

湍流是液体或气体受到扰动时泛起的混乱而不规则涌动，比如搅拌一杯茶时会产生不受控制的漩涡。然而一旦进入量子领域，流体与气体便奉行另一套法则。受到扰动时，这些流体与气体整体近乎凝滞不动。但在重归平静、达到平衡之前，会被细长且彼此纠缠的线状涡旋——所谓的“超量子”湍流所包围。

为观察这些“超量子”湍流，团队从数千个钾原子起步，用激光与电磁场将其冷却到接近绝对零度。在此情境下，原子们的表现类似稀薄的量子气体。随后，团队拍下大量图像，以探究这些涡旋如何交缠、碎裂、首尾相衔结成一环环闭环，又如何悄然滑向容器的边缘，最终由躁动归于平静、由无序渐归有序的轨迹。他们发现，这一过程与此前科学家们在液氦中观察到的极为相似。液氦也是一种量子流体，不过密度大得多，原子间的相互作用也更紧密。

这两个系统虽千差万别，但能量流转的顺序却如出一辙。团队据此认为，这或许是某一大类量子系统共有的行为法则。

德国海德堡大学的托马斯·加森泽表示，“超量子”湍流的数学模型已出现数十年，但科学家们一直未能为其拍下一张清晰的“肖像”。最新研究为这些模型提供了坚实支撑，未来人们可能在中子星的致密内核里，寻找“超量子”湍流的踪迹。

英国东安格利亚大学的达维德·普罗门特认为，未来若能对多团原子云成像，或许能揭示更多“超量子”湍流的细节。（记者刘霞）