量子力学干涉效应如何使实验者能够通过吸收光谱中的共振

卢森堡大学的物理学家与国际合作者现在在国际知名《物理评论快报》上发表了一项研究成果。研究展示了量子力学干涉效应如何使实验者能够通过吸收光谱中的共振，更好地研究量子液体中捕获的粒子性质。把一块石头扔进安静的湖里，会在水面上产生涟漪。把两块石头扔进湖里会产生两个这样的面波，它们可以形成一个有趣的干涉模式。产生这些波浪需要能量，能量从石头转移到水中，最终导致石头经历摩擦力。

在经典物理学中，这是一个非常古老的问题，但它的量子力学对应物仍然具有令人惊讶的地方。量子力学等价物由两个带电离子组成，这两个离子浸泡在由较轻的中性原子形成的“液体”中。在实验上，这样的系统几年前就已经实现了，方法是结合离子阱和磁光阱，离子阱保持带电离子的位置，磁光阱允许将中性原子带入被称为玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的集体量子态。

由于这对离子是带电的，所以可以使用电场来操纵它们。特别是，从离子到BEC的能量转移，以及由此产生的摩擦力，可以通过研究电磁场的吸收来测量。卢森堡大学托马斯·施密特(Thomas Schmidt)研究组的物理学家，以及巴黎理工学院(Institut Polytechnic De Paris)和爱荷华州立大学(Iowa State University)的研究人员发现：

如果延长玻色-爱因斯坦凝聚态，并考虑到两个离子和原子的量子力学性质，就会出现新的现象。在这种情况下，离子发射的波和外加电场之间的干扰，导致吸收光谱中的共振和反共振特征。在共振频率下，离子对外加电场的反应非常强烈，而在反共振时，根本不能从外加电场中吸收能量。

这些共振和反共振是量子干扰的结果，玻色-爱因斯坦凝聚态的拉长性质，以及离子和原子之间的强库仑力。因此，它们可以作为一种有用的实验工具，用于进一步表征玻色-爱因斯坦凝聚态的性质，例如它们的声速或它们如何与嵌入的离子相互作用。研究了一维相互作用的量子液体，其中含有一对移动杂质引起的后向散射。研究确定了由液体介导两种杂质之间的有效延迟相互作用。

研究证明，对于强后向散射，这种相互作用在杂质对的有限频率迁移率中引起共振和反共振。在反共振时，即使在(小)外力的驱动下，两种杂质也保持静止。在共振时，它们的同步运动同相跟随外部驱动，并达到最大振幅。在通过杂质的量子隧穿中使用微扰重整化群分析，研究了模型的有效性范围。预测在限制在一维超冷原子气体上的实验中，这些机械反共振是可以观察到的。

研究/来自：卢森堡大学

参考期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.075302

责任编辑：xj

原文标题：量子世界就是好玩！在一维量子液体波上冲浪，从未有过的乐趣！

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