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科学家造出最稀薄液体比水稀薄一亿倍

2018-01-02 11:48:11    来源:书生家电网    浏览次数:    字号:TT

  巴塞罗那的一组物理学家造出一种比水稀薄1亿倍的液滴——是目前宇宙中已知的最稀薄的液体。与靠原子间电磁力聚在一起的普通液体不同的是,这种液体原子间是靠奇异的量子波动法则聚合在一起。

科学家造出最稀薄液体比水稀薄一亿倍

  这篇2017年12月发布在《科学》期刊上的论文说,这组科学家在西班牙的光子科学研究所用激光晶格(可操控量子粒子的光学物件)造出了这种液滴。它们真的是液体,其体积不随外部温度而变化,且只需少量遇到在一起时便会形成液滴。而气体就不是这样,气体的体积总是充满整个容器。然而这种液体的密度比目前任何已知的液体都小。
  研究者们把钾原子构成的气体冷却到零下273.15摄氏度(接近绝对零度)。在这种温度下,这些原子处在玻色 – 爱因斯坦冷凝态——目前所知物体可有五种形态:气态、液态、固态、等离子态和玻色 – 爱因斯坦冷凝态,最后一种状态上世纪90年代才首次在实验室实现,人类对该形态所知仍不多,也显得最为神秘。
  研究者们把两滴冷凝钾推到一起时,形成了一颗有确定体积的液滴。特别之处在于,该液体中的粒子间靠“量子波动”法则维持液态。量子波动源于海森堡不确定性原理。海森堡不确定性原理称粒子在空间中的能量位置是无序的,会在不同的能量水平和位置间来回变换,从而对其周围的粒子产生压力。所有粒子不断变换产生的压力加在一起,它们之间的引力大于排斥力,这种引力把粒子聚在一起形成液态。
  研究者们说,这项研究中量子波动法则是冷凝态钾维持液态的主导因素。而其它冷凝态物质,比如冷凝态氦,虽然也有量子法则起作用,但还有其它一些更强的作用力共同作用使其维持液态,因此冷凝氦原子之间结合更为紧密。
  也就是说,冷凝态钾粒子间的作用力非常弱,其扩散力更强。研究作者写到,冷凝钾的体积是冷凝氦的一百多倍,密度却比后者稀薄逾1亿倍。因此研究者们认为,将来需要用量子液进行实验时,冷凝钾可能是比冷凝氦更好的选择。量子液态有它的局限性。当它们的量太少时,就会崩塌,“挥发”到周围环境中。

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