“不存在”的光子如何影响超导体？量子力学再添奇特证据

IT之家 2 月 28 日消息，科技媒体 Ars Technica 今天（2 月 28 日）发布博文，报道称在量子力学与超导交叉领域，科学家发现“并不真正存在”的虚拟光子（Virtual photon）实际上能影响超导体的行为，甚至可以削弱其超导性能。

这一发现的基础建立在复杂的量子场论（Quantum field theory）之上，简而言之，即便是看似空无一物的真空，也充满了能够控制量子客体相互作用的“场”，可以把不同的粒子看作是这些场的能量激发态。

而虚拟光子是指不作为真实粒子存在、无法被直接探测，但负责在粒子之间传递电磁相互作用力的“中间媒介”。

虽然现有物理技术无法直接探测到虚拟光子本身，但科学家完全能够追踪并证实它们对周围物质产生的影响。这种机制带来了一个奇特的推论：在电磁场强烈的特定区域，即使完全没有真实光子存在，该空间依然可以充斥着产生实际物理效应的虚拟光子。

研究团队为了在实验中验证这一现象，精心挑选了六方氮化硼（hBN）和分子超导体 κ-ET 作为实验对象。hBN 是一种具有双曲特性的范德华材料，能够提供增强的光子态密度和显著的模式限制；而 κ-ET 则是一种在 11.5K 以下表现出超导性的层状有机盐。

巧妙的是，hBN 的红外双曲模式频率刚好匹配 κ-ET 中对超导性至关重要的碳-碳（C=C）拉伸分子共振频率。

当这两种材料结合在一起后，hBN 实际上扮演了一个共振调谐到 κ-ET 分子振动模式的电磁腔。为了探测这种结合带来的影响，研究人员利用磁力显微镜（MFM）高精度测量局部超流体密度。

结果显示，在 hBN 与 κ-ET 的界面附近，由迈斯纳效应产生的排斥力显著减弱，这意味着该区域的超流体密度被强烈抑制了至少 50%。

为了验证这一现象的独特性，团队还进行了多组对照实验。他们发现，无论是将 hBN 替换为介电常数相似但声子频率不匹配的绝缘体 RuCl3，还是将 κ-ET 替换为声子频率远低于 hBN 双曲模式的高温超导体 BSCCO，界面处的超流体密度均未出现明显的抑制现象。这充分证明了超流体密度的抑制确实源于 hBN 与 κ-ET 之间的共振耦合。

此外，基于散射的扫描近场光学显微镜（s-SNOM）数据和第一性原理分子朗之万动力学模拟也进一步证实了这种共振耦合的存在。研究表明，hBN 双曲模式的零点波动所产生的面外电场，在无需外部光子参与的情况下，成功介导了与分子振动的耦合。

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