科学家第一次在实验室里创造出量子对象——畴壁

量子力学就像蓝色机器猫，总能掏出新鲜玩意。科学家们刚刚在实验室环境中成功地创造出一种被称为“畴壁”的量子物体。

这些墙现在可以在实验室中按需生成；当原子储存在非常冷的温度下时——玻色-爱因斯坦凝聚——在特定条件下在域中聚集在一起。墙是这些域之间的连接点。

创建畴壁的研究人员表示，他们最终可能会为量子力学的许多不同领域带来新的启示，包括量子电子学、量子存储器和奇异量子粒子的行为。

芝加哥大学的物理学家Kai-Xuan Yao说：“它有点像沙漠中的沙丘——它是由沙子组成的，但沙丘的行为与单个沙粒的行为不同。”

之前已经对畴壁进行了研究，但直到现在它们才能够在实验室中随意创建，从而使科学家能够以新的方式研究它们。事实证明，它们相当于独立的量子对象，但不一定像科学家所期望的那样。

出乎意料的行为意味着畴壁属于被称为涌现的现象，其中结合在一起的粒子似乎遵循不同的物理定律，而不是独立运行的粒子。

该团队进行的一项不寻常的观察是畴壁对电场的反应方式，这需要进一步研究才能弄清。目前，能够制作和操作这些墙是向前迈出的重要一步。

“我们在控制原子方面拥有丰富的经验，”芝加哥大学的物理学家 Cheng Chin 说。 “如果你把原子往右边推，它们就会向右移动。但是如果你把畴壁往右边推，它反而会向左移动。”

这一发现如此重要的部分原因是它可以让我们更多地了解原子在宇宙存在之初是如何表现的：曾经聚集在一起的粒子最终会膨胀形成恒星和行星，科学家们想知道当时究竟发生了什么。

这一发现属于所谓的动态规范理论——一种在实验室中测试和计算量子现象动力学的方法。这些发现可以解释从材料到早期宇宙的一切事物中的涌现现象是如何运作的。

除了向后看，研究人员也在向前看。一旦进一步了解如何控制畴壁，它可能会为新的量子技术开辟机会。

“在制造可编程量子材料或量子信息处理器方面，这种现象可能有应用，”Chin 说。

“它可以用来创造一种更强大的方式来存储量子信息或在材料中启用新功能。但在我们做到这一点之前，第一步是了解如何控制它们。”

该研究已发表在《自然》杂志上。

https://www.sciencealert.com/scientists-create-a-new-type-of-quantum-object-in-the-lab-domain-walls