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[涨姿势] 令人惊叹的图像显示原子转变为量子波——正如薛定谔预测的那样

作者：精品下载站 日期：2024-12-13 18:43:57 浏览：13 分类：涨姿势

令人惊叹的图像显示原子转变为量子波——正如薛定谔预测的那样

一种新的成像技术可以捕获冻结的锂原子转变为量子波的过程，可用于探测量子世界中一些最不为人所知的方面。

[涨姿势] 令人惊叹的图像显示原子转变为量子波——正如薛定谔预测的那样

物理学家有史以来第一次捕捉到单个原子像波一样运动的清晰图像。

该图像显示了荧光原子的锐利红点转变为波包的模糊斑点，令人惊叹地证明了原子既以粒子又以波的形式存在——这是量子力学的基石之一。 

发明成像技术的科学家在预印本服务器 arXiv 上发表了他们的发现，因此他们的研究尚未经过同行评审。 

研究人员在论文中写道：“物质的波动性仍然是量子力学最引人注目的方面之一。”他们补充说，他们的新技术可用于对更复杂的系统进行成像，从而深入了解物理学中的一些基本问题。  

波粒二象性首先由法国物理学家路易斯·德布罗意于 1924 年提出，并由埃尔文·薛定谔两年后进行了扩展，波粒二象性指出所有量子大小的物体，以及所有物质，都以粒子和波的形式存在同时。 

相关：研究提示，调整薛定谔的猫方程可以将爱因斯坦的相对论和量子力学结合起来

物理学家通常将薛定谔的著名方程解释为，原子以波状概率包的形式存在于空间中，然后在观察时塌缩成离散粒子。虽然令人费解地违反直觉，但量子世界的这种奇异特性已经在许多实验中得到证实。 

为了描绘这种模糊的二元性，物理学家首先用激光中的光子或光粒子轰击锂原子，以剥夺它们的动量，从而将锂原子冷却到接近绝对零的温度。一旦原子被冷却，更多的激光将它们以离散的包的形式捕获在光学晶格内。

随着原子冷却和限制，研究人员周期性地关闭和打开光学晶格——将原子从受限的近粒子状态扩展到类似于波的状态，然后再返回。 

显微镜相机记录了粒子态原子在两个不同时间发出的光，原子在其间表现得像波。通过将许多图像放在一起，作者构建了该波的形状并观察了它如何随时间扩展，这与薛定谔方程完全一致

研究合著者Tarik Yefsah表示：“这种成像方法包括返回晶格，将每个波包投射到一个井中，然后将它们再次变成粒子——它不再是波了。”法国国家科学研究中心和巴黎高等师范学院的一位物理学家告诉《生活科学》。 “你可以将我们的成像方法视为波函数密度采样的一种方式，与 CCD 相机的像素不同。” CCD 相机是一种常见类型的数码相机，它使用电荷耦合器件来捕获图像。

科学家们表示，这张图片只是一个简单的演示。他们的下一步将使用它来研究尚不太了解的强相互作用原子系统。

“研究此类系统可以提高我们对奇怪物质状态的理解，例如在极其致密的中子星核心中发现的物质，或者据信在大爆炸，”叶夫萨说。  

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