磁性量子流体两种方式的极端流动性

两种超流体可以同时存在于超冷原子云中。直到现在，还无法通过实验观察到它们的共存。然而，现在海德堡大学的物理学家已经证明了这种磁性量子流体——它以两种方式呈现——在原子气体中。由MarkusOberthaler教授领导的研究人员成功地在超冷铷原子云中制备了这种状态，并对其进行了详细表征。他们的研究结果发表在《自然物理学》杂志上。

我们在日常生活中所知道的流体不会在没有阻力的情况下流动。需要大型泵和涡轮机来移动水，蜂蜜从勺子中慢慢流出。这是由流体的内部摩擦引起的，通过该摩擦，运动能量最终转化为热量。这在量子流体中可能完全不同——这与玻色-爱因斯坦凝聚现象密切相关。

玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)是一种原子气体的特殊量子力学状态，可在极冷的温度下达到。处于这种状态的单个原子云集体表现为单一流体。这种量子流体能够无阻力地流动——它是超流体。根据奥伯塔勒教授的说法，近几十年来，原子玻色-爱因斯坦凝聚体是由钠和铷等非常不同类型的原子产生的，但最近也由铒和镝等更“奇异”的原子产生。

然而，这些原子中的大多数也表现出内部自由度——它们有自旋并且表现得像小磁铁。原则上，这也会引起玻色-爱因斯坦凝聚现象，但正如基尔霍夫物理研究所的研究员MarkusOberthaler所解释的那样，这还没有通过实验观察到。现在，这种演示已经成为可能，使用铷原子的超冷云。

通常，玻色-爱因斯坦冷凝物是通过所谓的蒸发冷却制备的。这很像通过吹气冷却杯中的咖啡。咖啡表面最快的原子被吹走，等待剩余的原子在较低的温度下静止。这对于自旋来说是极其困难的，这也是海德堡物理学家选择另一种方法的原因。

“我们将系统初始化为远离平衡状态，并一直等到铷原子达到新的平衡状态。起初看起来不太直观的方法结果非常有效，”MaximilianPrüfer博士说。该研究的主要作者是Oberthaler教授研究小组的成员，现在在TUWien(奥地利)工作。

为了创建和追踪这种状态，研究人员使用了专门为此目的开发的独特检测和扰动方法。他们观察到，不仅运动自由度变得超流体，而且自旋也变得超流体。因此，磁性量子流体可以以两种方式变得极其流动。

“我们的新研究方法不仅使我们能够表征冷凝物，而且还使我们能够更好地了解从非平衡状态到那种状态的路径，”“合成量子系统”研究小组的负责人MarkusOberthaler解释说，该研究小组也是海德堡大学结构卓越集群的一部分。

实验物理学家与理论物理研究所JürgenBerges教授的研究小组合作，计算了实验可观测量的理论预测。为了使计算结果与实验结果一致，必须假设温度极低。“这让我们所有人都感到惊讶，并将成为独立验证进一步调查的主题，”自然物理学论文的作者说。