近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)等與澳大利亞科研團(tuán)隊(duì)合作，首次在處于強(qiáng)相互作用極限下的費(fèi)米超流體中觀測到了熵波衰減的臨界發(fā)散行為，揭示了該體系存在著一個(gè)可觀的相變臨界區(qū)，并獲得了熱導(dǎo)率與粘滯系數(shù)等重要的輸運(yùn)系數(shù)。

　　該項(xiàng)工作為理解強(qiáng)相互作用費(fèi)米體系的量子輸運(yùn)現(xiàn)象提供了重要的實(shí)驗(yàn)信息，是利用量子模擬解決重要物理問題的一個(gè)范例。這一成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表，為利用該體系開展進(jìn)一步的量子模擬研究，從而理解強(qiáng)關(guān)聯(lián)費(fèi)米體系中的反常輸運(yùn)現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。

　　80多年前，朗道建立了兩流體理論，并預(yù)言了熵或溫度會(huì)以波的形式在超流中傳播，這種傳播他命名為第二聲(second sound)。這種現(xiàn)象只在超流體中會(huì)發(fā)生【超導(dǎo)現(xiàn)象是指電流可以沒有阻力(電阻)的在超導(dǎo)體中流動(dòng)，而類似的，超流現(xiàn)象指的就是超流體可以沒有阻力(粘滯力)的流動(dòng)】，超流是一種宏觀量子現(xiàn)象，從前在包括液氦和超冷原子體系中都觀測到過熵波的第二聲傳遞現(xiàn)象，但是傳遞的動(dòng)力學(xué)過程一直沒有辦法測量。

　　量子模擬的核心目標(biāo)就是利用精確可控的人造量子系統(tǒng)對一些在現(xiàn)實(shí)條件下難以操控的復(fù)雜量子多體系統(tǒng)的基本規(guī)律進(jìn)行有效模擬，從而對經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的重要物理問題進(jìn)行高效求解，為發(fā)現(xiàn)普適的物理規(guī)律提供思路和驗(yàn)證。

　　科研團(tuán)隊(duì)介紹，這個(gè)工作首先實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有代表性的人造量子系統(tǒng)的精確制備：約1000萬個(gè)強(qiáng)相互作用的費(fèi)米鋰原子被冷卻到極低溫下(絕對零度附近)，此時(shí)他們形成了一種奇特的宏觀量子物態(tài)——費(fèi)米超流體。

　　進(jìn)一步的，科研人員實(shí)現(xiàn)了對費(fèi)米超流體各項(xiàng)參數(shù)的精確測控，研究了熵或者溫度是如何在費(fèi)米超流體中進(jìn)行傳遞的，這樣一個(gè)物理問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果除了驗(yàn)證了朗道的理論預(yù)言，即溫度會(huì)以波動(dòng)的形式在超流體中傳播，還定量地觀測了熵波傳播的動(dòng)力學(xué)過程，首次獲得了熵波的衰減率。

　　據(jù)了解，理解強(qiáng)相互作用的費(fèi)米子體系的基本規(guī)律是物理學(xué)(包括天文物理、凝聚態(tài)物理、高能物理、原子分子物理)研究中最為重要的一個(gè)科學(xué)問題之一。此次科研成果首次獲得了強(qiáng)相互作用費(fèi)米超流的動(dòng)力學(xué)輸運(yùn)系數(shù)，可以對費(fèi)米超流在低能下的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行全面的表征。這樣一個(gè)普適性的規(guī)律將有望被推廣到其他的強(qiáng)相互作用的費(fèi)米子體系，比如中子星，夸克膠子等離子體等。

　　此外，科研團(tuán)隊(duì)還觀測到了熵波的衰減率和熱導(dǎo)率在超流相變附近的臨界發(fā)散現(xiàn)象，并由此得到了一個(gè)令人激動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果——超冷原子費(fèi)米超流的相變臨界區(qū)比液氦超流的相變臨界區(qū)大了約100倍(臨界區(qū)太小，意味著無法進(jìn)行系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究)。

　　這個(gè)發(fā)現(xiàn)意味著可以對量子臨界區(qū)的物理現(xiàn)象，如輸運(yùn)系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律，開展定量的量子模擬研究，為理解強(qiáng)相互作用費(fèi)米體系的反常量子輸運(yùn)現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。

　　《科學(xué)》雜志的審稿人對該工作給予了高度評價(jià),稱該項(xiàng)工作“展示了令人驚嘆的，實(shí)驗(yàn)的杰作”，“這是一篇極為出色的論文”，“該工作有望成為量子模擬領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑”。

　　(總臺(tái)央視記者 帥俊全)