详细内容或原文请订阅后点击阅览
科学家揭示量子物质中隐藏的普遍模式
不同类型的物质在达到两态之间的临界点时，有时会表现出惊人相似的行为。科学家称这种现象为“普适性”。在这些特殊点上，许多通常区分一种材料与另一种材料的微观细节变得不那么重要，系统开始遵循相同的数学规则。……《科学家揭示量子物质中隐藏的普遍模式》首发于Knowridge Science Report。
来源:Knowridge科学报告不同类型的物质在达到两种状态之间的临界点时，有时会表现出令人惊讶的相似行为。
科学家将这种现象称为"普适性"。
在这些特殊点上，许多通常区分一种材料与另一种材料的微观细节变得不那么重要，系统开始遵循相同的数学规则。
现在，研究人员首次在量子实验中直接测量了其中一种普适模式。
这个由加州理工学院研究人员领导的国际团队，使用专门设计的量子模拟器来测试来自称为共形场论的数学框架的预测。
物理学家几十年来一直依赖这些理论来描述系统在临界点附近的行为，但它们一些最重要的预测从未被实验直接观察到。
研究人员聚焦于两种理论，称为伊辛共形场论和三临界伊辛共形场论。
两者都预测了量子系统达到不同状态之间临界点时发生的情况。
与水沸腾成蒸汽等熟悉的变化不同，这里研究的转变不是由热量驱动的。相反，它们完全由量子效应引起，并在接近绝对零度的温度下发生。
在这样的临界点上，量子系统可以吸收特定量的能量。这些允许的能量可以被想象为梯子的横档。共形场论精确预测了这些横档之间的距离应如何相互关联。
为了测试这些预测，研究人员创建了由紧密聚焦的激光束（称为光镊）固定在适当位置的锶原子链。其他激光将原子推入高激发"里德堡"态，导致相邻原子发生强相互作用。然后研究人员仔细调整系统，直到其达到所需的量子临界点。
接下来，他们使用一种称为多体调制光谱学的技术来测量其能级。研究人员以不同频率轻轻改变激光，并观察原子的响应。
这个想法类似于将湿手指在酒杯边缘滑动。当运动与玻璃的固有频率匹配时，它会产生共振。在量子实验中，强烈的响应揭示了系统允许的能级。
涉及多达35个原子链的实验产生了与伊辛共形场论预测相匹配的能量模式。当研究人员调整系统以达到更复杂的三临界点时，他们再次发现了理论预测的独特能量比率。
他们还能够通过修改链末端的原子来揭示额外的能级并改变模式，为理论预测提供了进一步的测试。
这些发现为几十年来发展的数学思想提供了罕见的实验证实。更重要的是，该技术现在可以应用于那些科学家无法预先计算其行为的量子系统。
研究人员下一步计划超越一维链，将原子排列成二维网格。由于二维共形场论的理解要少得多，量子模拟器可以帮助发现即使是强大的经典计算机也难以预测的物质新模式。