美國、奧地利和巴西的物理學家已經證明，根據振動頻率的不同，振動產生的超冷玻色-愛因斯坦凝聚體(BECs)要麼分裂成均勻的部分，要麼分裂成不可預測的碎片。萊斯大學(Rice University)物理學家蘭迪·休萊特(Randy Hulet)說：

同樣的量子系統可以產生如此不同的現象，這是很了不起的。這些狀態之間的關係可以讓我們知道很多關於複雜量子多體現象的知識。這項研究是與奧地利維也納理工大學(TU Wien)和巴西聖保羅大學的物理學家合作進行。這些實驗印證了邁克爾?法拉第(Michael Faraday) 1831年的一項發現。

博科園-科學科普：法拉第發現，在以特定臨界頻率垂直振動的桶中，液體表面會產生波紋。這種模式被稱爲法拉第波，類似於鼓首和振動板上產生的共振模式。爲了研究法拉第波，研究小組將BECs限制在一維線性波導中，得到了雪茄形狀的BEC。然後，研究人員利用一個微弱、緩慢振盪的磁場來振動BECs，以調節一維波導中原子間相互作用的強度。當調製頻率在共模共振附近調諧時，法拉第模式就出現了。但研究小組也注意到了一些意想不到的現象：當調製強度很大且頻率遠低於法拉第共振時，BEC就會分裂成不同大小的“顆粒”。

（圖示）萊斯大學物理學家和奧地利和巴西的同事們已經證明，振動超冷玻色-愛因斯坦凝聚體(頂部)可以使它們要麼分裂成法拉第波(中心)特徵的均勻段，要麼分裂成不可預測的碎片(底部)，震動的頻率和振幅決定了結果。圖片：Gustavo Telles/University of S?o Paulo at S?o Carlos and Jason Nguyen/Rice University

研究科學家Jason Nguyen是這項研究的主要作者之一，他發現水稻的顆粒大小分佈很廣，而且持續的時間甚至比調製時間還要長。維也納大學和沃爾夫岡·泡利研究所(Wolfgang Pauli Institute)，也是研究報告的合著者阿克塞爾·羅德(Axel Lode)說：造粒通常是一個隨機過程，可以在固體中觀察到，比如打碎玻璃，或者把石頭磨成不同大小的顆粒。在每個法拉第波實驗中，BEC量子態圖像都是相同的。但在造粒實驗中，儘管實驗是在相同的條件下進行，但每次照片看起來都完全不同。

造粒實驗的變化源於量子關係——量子粒子之間複雜的關係，很難用數學方法描述。對觀測結果的理論描述被證明是具有挑戰性，因爲標準方法無法重現觀測結果，特別是顆粒大小的廣泛分佈。團隊用一種複雜的理論方法解釋了實驗結果，並在軟件中實現了該方法。軟件可以解釋典型理論無法解釋的量子漲落和相關性。Hulet是Rice的Fayez Sarofim物理學和天文學教授，同時也是Rice量子材料中心(RCQM)的成員表示：這個結果對於研究量子流體中的湍流有着重要意義，這是一個物理學中尚未解決的問題。

博科園-科學科普｜研究/來自: 萊斯大學

參考期刊文獻:《物理評論X》

DOI: 10.1103/PhysRevx.9.011052

博科園-傳遞宇宙科學之美