偶极量子气体涡旋观测新法获验证

近日，欧洲科研团队成功开发出一种观察偶极量子气体中涡旋的新方法，并在奥地利因斯布鲁克大学首次进行了实验验证。相关成果发表在近日的《自然·物理学》杂志上。

图片来源：《自然》网站相关论文

量子化涡旋是超流体的一个典型特征，已在多量子气体实验中观察到。但是，在偶极量子气体（一类以长程各向异性相互作用为特征的超冷气体）中出现涡旋的情况尚未见报道。“这很有趣，因为这样的涡旋清楚地表明了量子气体的无摩擦流动，即所谓的超流体。”负责该研究的奥地利因斯布鲁克大学实验物理研究所和奥地利科学院量子光学与量子信息研究所的弗朗西斯卡·费尔莱诺教授介绍说。

费尔莱诺团队正在研究由强磁性元素镝组成的量子气体。这种原子强烈相互作用的偶极量子气体尚未检测到量子涡旋。研究人员为此开发了一种新方法，他们利用镝的量子气体的方向依赖性来搅拌气体，镝的原子表现得像许多小磁铁一样。研究人员对量子气体施加磁场，使这种气体从最初的圆形，通过磁致伸缩而变成椭圆形。

费尔莱诺教授团队成员、论文第一作者劳瑞兹·克劳斯进一步解释说：“通过旋转磁场，我们可以旋转量子气体。如果磁场旋转得足够快，量子气体中就会形成小涡旋。气体试图通过这种方式来平衡角动量。”如果旋转速度足够高，就会沿着磁场形成带有涡旋的明显条纹。这些是偶极量子气体的一个特殊特性，现在已在因斯布鲁克大学首次观察到。

未来，这一新方法将用于研究超固体状态中的超流体。新发现的超固体状态在多大程度上实际上是超流体仍然是一个悬而未决的问题，而且迄今为止仍然很少有人探索。(李山)