首次在量子气体中观测到一种新的物质状态

物理学家们观察到在一条难以捉摸的量子气体线中，一种新的物质状态在起作用。

“薄纱般细细的气体线能够束缚巨人”，这听起来就像是格林童话中值得探索的东西。但这些物质理论上在物理世界中是可能存在的。不幸的是，在实践中，它们在形成时会不可避免地坍塌。

美国斯坦福大学的研究人员现在发现，他们可以创造出这样一种材料，即使在相当大的压力下，这种材料也足够稳定，可以抵抗塌陷成云。更重要的是，他们发现了一种新的物质工作状态，这种状态以前只见过一次，而且以前从未在量子气体中看到过。

重要的是，这种气体的量子特性可能会为它在未来几代信息技术中赢得一席之地。

工作中的物质类别甚至具有传奇性的名称：超级唐克斯-吉拉多气（super Tonks-Girardeau gas）。 它由冷却到一定程度的原子组成，它们开始失去个体认同感，被约束形成一条由集体力量控制的康加线（conga-line 一种起源于古巴的舞蹈）。

在理想的条件下，在这条被拉长的量子气体线中，粒子之间的吸引力可以使它在压力下保持一致。因此，物理学家们把它描述为“超级”。

然而，在不那么完美的实验室设备里，即使是调谐最精细的“超级唐克斯-吉拉多气体”也不能长时间保持稳定，会立即收缩成一个球。

物理学家本杰明列夫（Benjamin Lev）想知道，镝元素是否会成为一种更为可靠的候选元素。由于它是周期表上磁场强度最高的元素之一，它可能会保持自己的磁场更长一点，只需要一点支撑。

本杰明列夫表示：“与气体中已经存在的吸引相互作用相比，我们能够添加的磁相互作用非常弱。所以我们的预期是不会有太大变化。实际上，我们错了！”

事实证明，一种基于镝的“超级唐克斯-吉拉多气体”正是科学家们所要求的。不管团队怎么做，它都能保持状态。即使把量子系统推进到更高的能级，也没能把弦推到布满量子粒子的混沌之中。

在探索这一过程的机制时，该团队很快注意到一种相当难以捉摸的现象，即“量子多体疤痕”。

这种奇怪的物质状态介于量子混沌和古老的经典物理学的可预测性之间，它描述了一个乍一看似乎违反直觉的世界。

25年前，人们发现，在量子系统的喧嚣中 —— 粒子无处不在，同时又无处可逃，单个原子失去自我意识 —— 可以出现可预测的状态。

这些疤痕就像穿过足球场的小路。当球员们在球场上自由追逐球时，有些方向似乎比其他方向更受欢迎。

关于量子疤痕，令人费解的是它们如何与热力学相吻合。提高一组粒子的温度，它们就会反弹得更多，重新分配热能，直到所有的物体得到大致相等的份额。

而量子多体疤痕与这一平衡法则背道而驰，不管周围的兴奋程度有多高，它们都只偏爱某些状态。

这种现象以前曾在铷原子队列中出现过一次，但从未在量子气体中出现过。因此，在一串冷却的镝原子中发现这种状态的迹象，有可能揭示出在量子系统中物体是如何共享能量的。

考虑到我们注定要生活在一个充满量子技术的未来，我们将需要尽可能多地了解如何从未来的计算机中去除热量。

但是，量子疤痕可能会在存储量子信息方面发挥潜在的作用，或者在实验室中用作研究量子系统的一种模拟器。

除了对实际用途的猜测，科学家认为这项工作是理解量子图景的基础。

科学家告诉我们：“如果把量子科学与我们发现建造化工厂所需的知识相提并论，那就像我们现在正在做19世纪晚期的工作一样。”

其实，一条有量子疤痕的气体线只是探索一些真正神奇目的地的开始。

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