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中國(guó)科技網(wǎng)訊 據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站1月3日?qǐng)?bào)道，德國(guó)物理學(xué)家用鉀原子首次造出一種低于絕對(duì)零度的量子氣體?？茖W(xué)家稱(chēng)這一成果為“實(shí)驗(yàn)的絕技”，為將來(lái)造出負(fù)溫度物質(zhì)、新型量子設(shè)備打開(kāi)了大門(mén)，有助于揭開(kāi)宇宙中的許多奧密。

18世紀(jì)中期，開(kāi)爾文男爵威廉·湯姆森定義了絕對(duì)溫度，在此規(guī)定下沒(méi)有物質(zhì)的溫度能低于絕對(duì)零度。氣體的絕對(duì)溫度與它所包含粒子的平均能量有關(guān)，溫度越高，平均能量越高，而絕對(duì)零度是氣體的所有粒子能量都為零的狀態(tài)，這是一種理想的理論狀態(tài)。到了上世紀(jì)50年代，物理學(xué)家在研究中遇到了更多反常的物質(zhì)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)這一理論并不完全正確。

慕尼黑路德維格·馬克西米利安大學(xué)物理學(xué)家烏爾里奇·施奈德解釋說(shuō)，從技術(shù)上講，人們能從一條溫度曲線(xiàn)上讀出一系列溫度數(shù)，但這些數(shù)字表示的只是它所含的粒子處于某個(gè)能量狀態(tài)的概率。通常，大部分粒子的能態(tài)處于平均或接近平均水平，只有少數(shù)粒子在更高能態(tài)上下。理論上，如果這種位置倒轉(zhuǎn)，使多數(shù)粒子處于高能態(tài)而少數(shù)粒子在低能態(tài)，溫度曲線(xiàn)也會(huì)反過(guò)來(lái)，溫度將從正到負(fù)，低于絕對(duì)零度。2001年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者沃爾夫?qū)た颂乩找苍C明，在磁場(chǎng)系統(tǒng)中存在負(fù)絕對(duì)溫度。

施奈德和同事用鉀原子超冷量子氣體實(shí)現(xiàn)了這種負(fù)絕對(duì)零度。他們用激光和磁場(chǎng)將單個(gè)原子保持晶格排列。在正溫度下，原子之間的斥力使晶格結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。然后他們迅速改變磁場(chǎng)，使原子變成相互吸引而不是排斥。施奈德說(shuō)：“這種突然的轉(zhuǎn)換，使原子還來(lái)不及反應(yīng)，就從它們最穩(wěn)定的狀態(tài)，也就是最低能態(tài)突然跳到可能達(dá)到的最高能態(tài)。就像你正在過(guò)山谷，突然發(fā)現(xiàn)已在山峰?！?/p>

在正溫度下，這種逆轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的，原子會(huì)向內(nèi)坍塌。他們也同時(shí)調(diào)整勢(shì)阱激光場(chǎng)，增強(qiáng)能量將原子穩(wěn)定在原位。這樣一來(lái)，氣體就實(shí)現(xiàn)了從高于絕對(duì)零度到低于絕對(duì)零度的轉(zhuǎn)變，約在負(fù)十億分之幾開(kāi)氏度。