使用被困一維氣體的新實(shí)驗(yàn)——原子冷卻到宇宙中最冷的溫度并被限制，因此它們只能在一條線上移動(dòng)——符合最近發(fā)展的“廣義流體動(dòng)力學(xué)”理論的預(yù)測。量子力學(xué)對于描述這些氣體的新特性是必要的。更好地理解具有許多粒子的系統(tǒng)如何隨時(shí)間演化是量子物理學(xué)的前沿。結(jié)果可以極大地簡化對被激發(fā)出平衡的量子系統(tǒng)的研究。除了其根本重要性之外，它還可以最終為基于量子技術(shù)的發(fā)展提供信息，包括量子計(jì)算機(jī)和模擬器、量子通信和量子傳感器。一篇描述賓夕法尼亞州立大學(xué)物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)的論文發(fā)表于 9 月 2 日，科學(xué)。
即使在可以忽略量子力學(xué)額外復(fù)雜性的經(jīng)典物理學(xué)中，也不可能模擬移動(dòng)流體中所有原子的運(yùn)動(dòng)。為了近似這些粒子系統(tǒng)，物理學(xué)家使用流體動(dòng)力學(xué)描述。
“流體動(dòng)力學(xué)背后的基本思想是忘記原子，將流體視為連續(xù)體，”賓夕法尼亞州立大學(xué)物理學(xué)教授、研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者之一馬科斯·里戈?duì)?(Marcos Rigol) 說。“為了模擬流體，人們最終會(huì)編寫耦合方程，這些方程是由于施加一些約束而產(chǎn)生的，例如質(zhì)量和能量守恒。例如，這些是求解相同類型的方程，用于模擬當(dāng)您打開窗戶以改善房間通風(fēng)時(shí)空氣的流動(dòng)方式。”
如果涉及到量子力學(xué)，事情就會(huì)變得更加復(fù)雜，就像人們想要模擬失去平衡的量子多體系統(tǒng)一樣。
“量子多體系統(tǒng)——由許多相互作用的粒子組成，例如原子——是原子、核和粒子物理學(xué)的核心，”賓夕法尼亞州立大學(xué)物理學(xué)杰出教授、該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一戴維·韋斯說。研究團(tuán)隊(duì)。“過去，除非在極端情況下，否則您無法進(jìn)行計(jì)算來描述失衡的量子多體系統(tǒng)。這最近發(fā)生了變化。”
這種變化是由被稱為廣義流體動(dòng)力學(xué)的理論框架的發(fā)展所推動(dòng)的。
“這些一維量子多體系統(tǒng)的問題在于，它們對運(yùn)動(dòng)的限制太多，無法使用常規(guī)的流體動(dòng)力學(xué)描述，”Rigol 說。“廣義流體動(dòng)力學(xué)的開發(fā)是為了跟蹤所有這些限制。”
到目前為止，廣義流體動(dòng)力學(xué)之前僅在粒子之間相互作用強(qiáng)度較弱的條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。
Weiss 說：“我們著手進(jìn)一步測試該理論，通過觀察具有廣泛相互作用強(qiáng)度的一維氣體的動(dòng)力學(xué)。”“實(shí)驗(yàn)得到了很好的控制，因此可以將結(jié)果與該理論的預(yù)測進(jìn)行精確比較。
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