莫纳什大学一项新的理论研究，提高了我们对量子物质中量子和热涨落(或激发)之间相互作用的理解。研究发现，玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)中的杂质，在温度升至零开尔文以上时显示出有趣的能谱，基态准粒子分裂成许多分支，这取决于与玻色-爱因斯坦凝聚体周围热云的相互作用，模型显示准粒子分支的数量简单地由热云空穴激发数量决定。
莫纳什大学物理与天文学学院的博士生伯纳德说：这就是说，包括最多一个洞会产生一个裂口，两个洞会产生两个裂口，以此类推，其研究发表在《物理评论A》期刊上。冷原子气体作为“完美的试验台”：冷原子气体被用来研究耦合到量子介质上的杂质影响，这一场景与从场效应晶体管到中子星中质子行为的一切都有关。
冷原子气体提供了一个特别干净和灵活的系统来探测量子杂质行为：能让杂质与介质的相互作用从弱耦合到强耦合，并揭示了杂质因介质激发而变得“修饰”的方式。具体地说，这项新研究集中在玻色-爱因斯坦凝聚体中的杂质，也就是所谓的玻色极化子。以前的研究预测，当温度升高超过零开尔文时，玻色极化子的能谱将分裂成两个偶数分支。
莫纳什大学的研究发现：这一结果是假设介质只有一个粒子，空穴激发的结果，当包含更多的孔时，结果是更多的分割。由于在一个真实的系统中可能会有大量激发，研究预计实际的玻色极化子在低温下会出现一个单一的宽峰。然而，值得注意的是，研究发现这种行为与人们从量子涨落和量子相变标准理论中所预期的根本不同。
研究人员使用了一种优雅的变分方法，其中包括杂质和玻色-爱因斯坦凝聚体之间的多体关联，从而超出了该领域的当前技术水平。最值得注意的是，对玻色极化子基态能量的理论结果与更密集的量子模型和实验非常吻合。玻色-爱因斯坦凝聚体中的杂质，具有可调谐的玻色子-杂质相互作用
这样的玻色极化子被预测在有限温度下表现出一个有趣的能谱，当温度从零开始升高时，基态准粒子均匀地分裂成两个分支。为了研究这一理论预测，采用了新发展起来的一种变分方法，系统地包含了杂质和有限温度介质之间的多体关联，从而使研究可以超越以前的有限温度方法。最重要的是，研究发现准粒子分支的数量，简单地由热云的空穴激发数来设置
这样包括最多一个空穴就会产生一次分裂，包括两个空穴就会产生两次分裂，以此类推。此外，这种效应与杂质质量无关。因此，精确的基态准粒子将演化成单一的宽峰温度。在低温和足够弱的玻色子-玻色子相互作用下，在零温极限下，研究计算的基态极化子能量与量子蒙特卡罗结果和实验符合得很好。
博科园｜研究/来自：ARC未来低能耗电子技术卓越中心
研究发表期刊《物理评论A》
DOI: 10.1103/PhysRevA.101.013623
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