【儀器網(wǎng) 時(shí)事聚焦】近日，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院江開軍研究團(tuán)隊(duì)在超冷費(fèi)米氣體非平衡動(dòng)力學(xué)研究方面取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)制備了球形幺正費(fèi)米氣體，發(fā)現(xiàn)了體系在自由飛行過程中的動(dòng)力學(xué)演化滿足標(biāo)度不變性，并通過測(cè)量呼吸模式證明了體系具有SO(2,1)對(duì)稱性。
幺正費(fèi)米氣體的s波散射長(zhǎng)度趨近無窮大，為標(biāo)度不變體系。當(dāng)這種氣體被裝載到一個(gè)各向同性的偶極勢(shì)阱時(shí)，體黏度和剪切黏度對(duì)體系自由膨脹過程的影響會(huì)消失，而體系展現(xiàn)出全方位的標(biāo)度不變膨脹行為。同時(shí)，對(duì)勢(shì)阱中的體系而言，其哈密頓量滿足SO(2,1)李代數(shù)關(guān)系。這預(yù)示著體系擁有一些獨(dú)特的集體激發(fā)模式。研究球形幺正費(fèi)米氣體的動(dòng)力學(xué)行為對(duì)探討強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的非平衡動(dòng)力學(xué)演化較為重要，但在實(shí)驗(yàn)上制備這樣的氣體卻頗有挑戰(zhàn)性。
該研究利用兩束橢圓激光來構(gòu)建各向同性的光偶極阱。研究通過三透鏡系統(tǒng)和PID控制系統(tǒng)對(duì)光阱的非球度進(jìn)行調(diào)控，利用特定的梯度磁場(chǎng)來消除重力的影響。進(jìn)一步，研究借助磁場(chǎng)Feshbach共振技術(shù)，調(diào)控原子間的相互作用強(qiáng)度，使體系進(jìn)入幺正區(qū)域。在獲取6Li原子簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體后，研究利用光阱轉(zhuǎn)移技術(shù)將費(fèi)米氣體轉(zhuǎn)移到各向同性的光偶極阱中，并通過蒸發(fā)冷卻獲得超低溫的球形幺正費(fèi)米氣體。
研究顯示，在自由膨脹實(shí)驗(yàn)中，球形幺正費(fèi)米氣體展現(xiàn)出獨(dú)特的標(biāo)度不變性。這種性質(zhì)不依賴方向和溫度條件，亦是各向異性體系不具備的。測(cè)量發(fā)現(xiàn)，體系在不同溫度下的內(nèi)能和勢(shì)能相等，這驗(yàn)證了幺正費(fèi)米氣體的維里定理。研究觀察了體系的呼吸模式，發(fā)現(xiàn)了其振蕩頻率恰好為囚禁頻率的兩倍，且模式的衰減率低，這為體系具有SO(2,1)對(duì)稱性提供了實(shí)驗(yàn)支持。研究測(cè)量了標(biāo)度不變性被破壞時(shí)體系的自由膨脹行為，并在BEC-BCS渡越區(qū)間獲得了連接
化學(xué)勢(shì)與原子密度的有效指數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與平均場(chǎng)理論計(jì)算定性一致。
該研究揭示了球形幺正費(fèi)米氣體的標(biāo)度不變性，并對(duì)具有SO(2,1)對(duì)稱性的三維超冷費(fèi)米氣體開展了實(shí)驗(yàn)研究，為研究具有共形不變性體系的非平衡動(dòng)力學(xué)行為奠定了基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果被遴選為編輯推薦文章，以Scale Invariance of a Spherical Unitary Fermi Gas為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。
球形幺正費(fèi)米氣體示意圖
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