近期通過對(duì)光晶格中的超冷原子進(jìn)行量子調(diào)控和測(cè)量，在國(guó)際上首次獲得了一維有限溫多體系統(tǒng)在經(jīng)典氣體和量子液體之間轉(zhuǎn)變的量子臨界性質(zhì)，并通過測(cè)量其相位關(guān)聯(lián)觀測(cè)到了拉亭杰液體的冪定律關(guān)聯(lián)特性。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》日前發(fā)表了該成果。

    一維量子系統(tǒng)研究涉及納米線、納米管、線型冷原子陣列等多種物理材料，這些材料有望應(yīng)用于納米光電、傳感、能源以及量子信息處理等技術(shù)領(lǐng)域。在這個(gè)研究領(lǐng)域，2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主鄧肯·霍爾丹及其合作者建立了被稱為朝永—拉亭杰液體（TLL）的理論，預(yù)言了低溫下一維體系的超導(dǎo)性、贗長(zhǎng)程序、自旋電荷分離等一系列物理特性。但由于實(shí)驗(yàn)制備和調(diào)控一維量子系統(tǒng)難度極大，觀測(cè)預(yù)言的物理特性及一維量子臨界現(xiàn)象一直是國(guó)際物理學(xué)界的重大挑戰(zhàn)。

    針對(duì)這些問題，我國(guó)科學(xué)家聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地搭建了新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開發(fā)了獨(dú)特的量子調(diào)控技術(shù)。他們通過產(chǎn)生均勻冷原子勢(shì)阱巧妙地制備了一維超冷原子系綜，通過高分辨原位成像技術(shù)精確地測(cè)量了一維原子線密度，引入原子再聚焦方法測(cè)量了原子動(dòng)量空間分布，首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了TLL特有的性質(zhì)——關(guān)聯(lián)函數(shù)隨著距離按照冪指數(shù)衰減。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的原子密度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他們提取了體系壓強(qiáng)、熵密度、比熱和壓縮率等熱力學(xué)量，推導(dǎo)出其遵循的普適規(guī)律。