據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國科學(xué)家使用激光控制住一些超冷凍原子，測出了費(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，也有望被用來在實(shí)驗(yàn)室測試弦理論。研究報告發(fā)表在12月10日出版的《科學(xué)》雜志上。
美國杜克大學(xué)物理學(xué)家約翰·托馬斯團(tuán)隊測量了鋰—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內(nèi)時，這些原子之間會產(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”，諸如幾乎能毫無摩擦地像液體一樣流動等。
在超冷環(huán)境下，費(fèi)米氣體的性質(zhì)由一個標(biāo)度——原子之間的平均間距來決定。根據(jù)量子物理學(xué)法則，這種間距會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)度測量溫度的屬性，但這是科學(xué)家首次用其測試黏性。
托馬斯首先在零下459華氏度（約為零下273攝氏度）測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)米氣體的半徑開始擺動。擺動持續(xù)時間越長，黏性就越低。將溫度升高一點(diǎn)后，托馬斯開始觀察當(dāng)其被從捕捉器中釋放出來之后，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，形狀改變越慢，黏性就越高。
美國芝加哥大學(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，科學(xué)家也在凝聚態(tài)物質(zhì)世界中，尤其是被用來制造高溫超導(dǎo)體的物質(zhì)中觀察到了這種“完美的流動性”。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)家之前對高溫超導(dǎo)體應(yīng)該如何流動的預(yù)測完全一致”。
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”來研究目前科學(xué)家無法在實(shí)驗(yàn)室中探測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，計算中子星上的中子之間的間距，也可以使用對費(fèi)米氣體所做的測量來確定中子星上所蘊(yùn)含的能源和其他屬性。另外，還可對宇宙“大爆炸”之后約幾微秒（為百萬分之一秒）出現(xiàn)的夸克—膠子等離子體進(jìn)行測算。
托馬斯表示，新的研究結(jié)果也可以讓科學(xué)家通過實(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)一起來的數(shù)學(xué)模型）所做的一些預(yù)測。如果弦理論學(xué)家能專門為費(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桌面大不了多少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對弦理論進(jìn)行精確測試。
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