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美首次測(cè)出物質(zhì)第六態(tài)黏性 可用來(lái)測(cè)試弦理論

發(fā)布時(shí)間:2011-01-18 作者: 來(lái)源: 瀏覽:305670

  美國(guó)科學(xué)家使用激光控制住一些超冷凍原子,測(cè)出了費(fèi)米氣體(一般被認(rèn)為是物質(zhì)的第六種狀態(tài))的黏性。結(jié)果表明,費(fèi)米氣體可以被用做“標(biāo)度模型”,測(cè)量超高溫超導(dǎo)體、中子星內(nèi)的核物質(zhì),甚至大爆炸幾微秒后的夸克?膠子等離子體等物質(zhì)的屬性,也有望被用來(lái)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試弦理論。研究報(bào)告發(fā)表在12月10日出版的《科學(xué)》雜志上。

  美國(guó)杜克大學(xué)物理學(xué)家約翰托馬斯團(tuán)隊(duì)測(cè)量了鋰?6原子超冷的費(fèi)米氣體的黏性。他們將鋰?6原子捕獲在一個(gè)幾毫米大小、由激光制成的盆內(nèi),當(dāng)被冷卻并置身于尺寸合適的磁場(chǎng)內(nèi)時(shí),這些原子之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用。托馬斯表示,相互作用非常強(qiáng)烈的費(fèi)米氣體展示出“令人驚奇的屬性”,諸如幾乎能毫無(wú)摩擦地像液體一樣流動(dòng)等。

  在超冷環(huán)境下,費(fèi)米氣體的性質(zhì)由一個(gè)標(biāo)度??原子之間的平均間距來(lái)決定。根據(jù)量子物理學(xué)法則,這種間距會(huì)決定所有其他的天然標(biāo)度,諸如能量、溫度和黏性標(biāo)度等,這就使這種超冷的費(fèi)米氣體能成為測(cè)量其他物質(zhì)的“標(biāo)度模型”。托馬斯之前就已經(jīng)證明,這種氣體能用做標(biāo)度測(cè)量溫度的屬性,但這是科學(xué)家首次用其測(cè)試黏性。

  托馬斯首先在零下459華氏度(約為零下273攝氏度)測(cè)量了這種氣體的黏性。關(guān)掉限制氣體的收集器,并接著重新將其捕捉使這種費(fèi)米氣體的半徑開(kāi)始擺動(dòng)。擺動(dòng)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),黏性就越低。將溫度升高一點(diǎn)后,托馬斯開(kāi)始觀察當(dāng)其被從捕捉器中釋放出來(lái)之后,費(fèi)米氣體從雪茄狀變?yōu)楸★灎畹乃俣扔卸嗫臁=Y(jié)果顯示,形狀改變?cè)铰ば跃驮礁摺?/P>

  美國(guó)芝加哥大學(xué)理論學(xué)家凱西萊文表示,這一研究結(jié)果“對(duì)凝聚態(tài)物理和高溫超導(dǎo)性等領(lǐng)域都有重要的意義”。她說(shuō),科學(xué)家也在凝聚態(tài)物質(zhì)世界中,尤其是被用來(lái)制造高溫超導(dǎo)體的物質(zhì)中觀察到了這種“完美的流動(dòng)性”。新數(shù)據(jù),尤其是在更低溫度下的數(shù)據(jù)“似乎同科學(xué)家之前對(duì)高溫超導(dǎo)體應(yīng)該如何流動(dòng)的預(yù)測(cè)完全一致”。

  杜克大學(xué)的科學(xué)家伯恩特密勒認(rèn)為,費(fèi)米氣體也可以作為一種“標(biāo)度模型”來(lái)研究目前科學(xué)家無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中探測(cè)到的宇宙的組成部分??茖W(xué)家可以使用鋰?6原子間距作為標(biāo)尺,計(jì)算中子星上的中子之間的間距,也可以使用對(duì)費(fèi)米氣體所做的測(cè)量來(lái)確定中子星上所蘊(yùn)含的能源和其他屬性。另外,還可對(duì)宇宙“大爆炸”之后約幾微秒(為百萬(wàn)分之一秒)出現(xiàn)的夸克?膠子等離子體進(jìn)行測(cè)算。

  托馬斯表示,新的研究結(jié)果也可以讓科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)更加透徹地理解弦理論(目前最有希望將經(jīng)典力學(xué)同量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)的數(shù)學(xué)模型)所做的一些預(yù)測(cè)。如果弦理論學(xué)家能專(zhuān)門(mén)為費(fèi)米氣體創(chuàng)造出新的運(yùn)算,他們將能夠使用可能比一個(gè)桌面大不了多少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,對(duì)弦理論進(jìn)行精確測(cè)試。

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