一项发布于《物理评论快报》的研究证明，由粒子碰撞引发的电阻率存在一个不可逾越的量子极限——无论碰撞多么剧烈，电阻率都不会无限攀升。
多伦多大学、巴黎高等师范学院与宾夕法尼亚理海大学组成的联合团队完成了这项实验。研究人员将钾-40费米子原子冷却至仅比绝对零度高出纳开尔文量级的极低温环境，用交叉激光束形成的三维光晶格将原子束缚在周期性势阱中。光晶格的晶格周期为0.53微米。这套设备充当“量子模拟器”，让超冷原子模拟电子在固体晶格中运动与碰撞的微观过程。
实验出现了一个反直觉的量子现象：钾原子本身的物理尺寸仅有数纳米，但在强相互作用下，量子力学效应大幅放大了原子的有效散射尺寸。研究负责人、多伦多大学物理学教授约瑟夫·席维森（Joseph Thywissen）形容说，原子碰撞时“表现得像是比实际尺寸大得多”。这种增强效应使同一晶格位点上的原子碰撞概率骤增，系统电阻率随之上升。
关键发现出现在研究团队持续增强原子间相互作用之后——电阻率的上升趋势突然停止，进入一个稳定的“饱和平台”。无论磁场调得多高、相互作用多强，电阻率都不再增加。
这一饱和现象源于量子力学中的晶格幺正性限制。当粒子碰撞概率达到量子规则允许的最大值时，单位时间内的动量散失速率便不再增长。这意味着，低密度金属中由电子碰撞引起的电阻率存在一个本征的量子上限。
远距离输电网中约有8% 的电力因电阻发热而损耗。这项研究为理解金属材料中的微观输运机制提供了清晰的实验依据。席维森表示，实验结果“为理解低密度金属中电阻率的运作方式提供了清晰的微观图像”。该方法也为研究强关联原子系统、高温超导体、二维量子材料等复杂量子体系打开了新的路径。
