看，温度往日了，你能听到吗？中国科大量子模拟团队成功测量第二声衰减 | 墨子沙龙

。1957年，巴丁（John Bardeen, 1908-1991）、库珀（Leon Cooper, 1930-）、施里弗（John Robert Schrieffer, 1931-2019）三人自始基本型提议了被后世特指BCS分析工具的的大导原理，近乎完美地暗示了有关除此以外导电的宇宙学结果。BCS分析工具指成，的大导奇异的关键之一在于电子产品时有发生筛选；至于没法被BCS分析工具系统官能描绘的非传统导电，如铜基导电等，电子产品筛选的实际上过去是科学界的共识。事实上，电子产品的筛选是泡利子筛选的一个例外。另一方面，基本粒子的有关分析工具的开端则要早得多，并且远比的大年前于宇宙学。1924年年前后，狄拉克受到玻色的新奇，拓展了被后世特指玻色-狄拉克统计数字的分析工具，并且指成，全同基本粒子组如此一来的系统对在气压足够较低时会有全局量级的带电粒子蚕食到系统对的基态上，这种奇异在此之后称之为玻色-狄拉克汇聚（Bose-Einstein Condensate, BEC）。直到1995年，澳大利亚科罗拉多所大学Eric Cornell和Carl Wieman的分析工作组才首次氢化成了“只不过的”玻色-狄拉克汇聚。

BCS-BEC渡越中的两种泡利子的筛选

BCS的大流和玻色-狄拉克汇聚二者好像毫无北区别，实则可以归入到一套统一的分析工具框架下——BCS-BEC渡越。对于一个由两种不相同的泡利子组如此一来的多体制统对，在BCS趋近下，两种泡利子之时有实际上等效的稀薄魅力，进而时有发生长程筛选并转变如此一来的大流；在BEC趋近下，两种泡利子时有发生短程筛选，组合如此一来一个个基本粒子，进而时有发生玻色-狄拉克汇聚。通过调节带电粒子时有的基本带电粒子，可以借助于从BCS的大流到玻色-狄拉克汇聚之时有的粗糙所致。虽然BCS-BEC渡越的有关分析工具早在五十多年年前便并未提议，但是直到二十年年前，的大冷氧原子关键技术的拓展才使得就其的宇宙学分析如此一来为可能。

在BCS-BEC渡越的中的时有，有一个非常类似于的实际上——的大强基本带电粒子泡利系统对。西北面的大流状态的的大强基本带电粒子泡利系统对特指的大强基本带电粒子泡利的大流。之所以冠上“的大强基本带电粒子”之名，是因为组如此一来多体制统对的两种泡利子之时有的基本带电粒子之的大强，并未降到了电力学两体散射分析工具所原则上的上限——字牌自始趋近（unitary limit）。有鉴于此，的大强基本带电粒子泡利系统对也被特指字牌自始泡利系统对。西北面字牌自始趋近下的基本带电粒子随之而来带电粒子之时有兼具很的大强的北区别官能，这种的大强北区别的一个关键官能的说明了是，的大强基本带电粒子泡利的大流的相对极化气压（的大流/的大导极化气压与泡利气压的比值）很大，是除此以外导电的近千倍，甚至比铜基导电等高温导电还要平均许多。对的大强基本带电粒子泡利的大流的分析将对我们忽略和探索高温导电等的大强北区别泡利系统对有所助益。的大强基本带电粒子泡利系统对的另一个备受瞩目的特点在于，由近量级不变官能所随之而来的普适官能——势能、宇宙学量等熵状态函近以及黏滞倍近、电导百余人等输运倍近都只是带电粒子近和气压的函近，与带电粒子时有基本带电粒子的具体形基本型比如时说。

普适官能是既无聊又有用的。在银河系中的，吸积是表面积仅仅次于黑洞的星体，如果把行星压缩到和吸积除此以外的表面积，那么这个“行星”的曲百余人半径将只有22米。尤其地，吸积的岩石圈就是一个的大强基本带电粒子泡利系统对。此外，传统银河系分析工具看来，在黑洞后的近微秒内，银河系中的充斥着气压较高的中的微子-胶子自由电子产品，这种气态构造也可视作的大强基本带电粒子泡利系统对。还有我们几周必定会介绍的、通过的大冷氧原子关键技术借助于的的大强基本带电粒子泡利气体，其表面积和气压都处在另一个温和——表面积只有气体的百万分之一，而气压只比极限高千万分之一摄氏度。纵然这三者看起来风马牛不相及，但是在的大强基本带电粒子泡利系统对普适官能的助力下，我们一旦洞悉了其中的一个的类似于官能，就对另外两个系统对也有了系统地的了解。换言之，三者中都的任何一个系统对都可以视作对另外两个系统对的量子场论各种类型。吸积是可望而不可即的，中的微子-胶子自由电子产品的氢化不仅仅非常难于、耗资甚巨，而且生命周期较短。所以，的大冷的大强基本带电粒子泡利气体就是推展宇宙学分析的最佳候选。

的大强基本带电粒子泡利的大流的气压加里及其振幅

在一个西北面熵平衡态的系统对中的引入一个表面的锋面，让其气压不再均匀分布但是变化又不剧烈，如果此时不会全局带电粒子流并且可以忽略热辐射，那么比热就是系统对内热能传递的主要手段。比热是蔓延奇异的一个例外，遵循蔓延方程。蔓延奇异在生活中的在在，比如向一杯白石中的滴一滴墨水，墨滴在白石中的的变化就属于蔓延。瞬时方程虽然与蔓延方程在近学形基本型上有几分相似，但是描绘了另一类截然多种不同的奇异——瞬时。湖面泛起的层层彷如，船队翻涌的名噪一时巨浪，车水马龙的喧嚣嘈杂，五彩斑斓的灯具光，野人雨声读书声，还有越来越执着的网络系统……这些都是瞬时奇异。蔓延与瞬时不仅仅在当代宇宙学中的至关关键官能，在量子场论多体制统对中的亦是举足轻重。

墨滴的蔓延和水面的瞬时

八十多年年前，庞加莱在创设液氢的大流的二压强基本概念时指成，的大流中的不仅仅实际上通常所时说的脉冲，也就是表面积的瞬时，还实际上气压的瞬时、同时也是宇宙学量的瞬时，并把这种很像脉冲的瞬时特指第二脉冲。对于一般的气态，比如西北面除此以外压强相的液氢，略微不均匀分布的气压会随之而来热能以蔓延的手段传播者，直到系统对降到平衡态；但是在西北面的大流相的液氢中的，气压的表面不均匀分布官能可以按照瞬时的形基本型传播者。庞加莱关于第二脉冲的预见在此之后被宇宙学所声称。除此以外是的大压强，的大强基本带电粒子泡利的大流否过去可以用二压强基本概念描绘？否过去实际上第二脉冲？第一个原因的谜题并不显而易见，而第二个原因的探索之路也是充满了交错。2005年，科学界在宇宙学上声称了的大冷的大强基本带电粒子泡利气体的确实际上的大流相[1]，但是直到2013年才首次观测者到了第二脉冲的实际上[2]。在的大强基本带电粒子泡利的大流中的直接测量气压的表面瞬时是一件不易企及的事，所幸的是，气压加里与表面积加里有一定程度的耦合。然而，这种耦合毕竟是稀薄的，想像中第二脉冲的讯号易冲毁在频带的汪洋大海里。

的大流中的的表面积瞬时（ΔP）与气压瞬时（ΔT），n都有除此以外压强化学物质，s都有的大流化学物质

（图源 Russell J. Donnelly, The two-fluid theory and second sound in liquid helium, Physics Today 62(10), 34-39, 2009）

现实中的的脉冲在传播者的步骤中的还会时有发生振幅，对于均匀分布颗粒中的的平面加里而言，其振幅机制可以主要密切就其热能和带电粒子粒子的蔓延。电导百余人表征了系统对结构上热能的蔓延，或者时说比热；带电粒子粒子的蔓延与压强的黏官能息息就其，表征这一类似于官能的宇宙学量是从黏滞倍近，又名黏度。日常生活经验并不知道我们，与水相对，油显得黏糊糊的；如果用“宇宙学”一点的话来时说，就是油的黏滞倍近比水的大。既然脉冲的振幅与比热以及黏滞奇异都有北区别，那么，对脉冲振幅百余人的近似值将会提供者关于系统对电导百余人和黏滞倍近的信息。

多种不同黏度（黏滞倍近）的压强，图样中的水的黏官能远小于右图中的蜂蜜的黏官能

（图源 sciencenotes.org）

作为的大流中都的独一无二的实际上，第二脉冲的传播者和振幅还可以努力我们分析的大流极化的临界奇异。宇宙学上把极化分作一级极化和连续极化两类。自为时时反应物之时有的极化、单单一般而言的气时时反应物之时有的极化都属于一级极化，都可导体与除此以外导电之时有的极化、除此以外压强与的大压强之时有的极化都属于连续极化。连续极化在单单周边地北区实际上一个临界北区，近量级分析工具看来，对于处在临界北区的系统对来时说，均匀分布的北区别长度随之而来诸多熵函近也成现了奇异官能，并且这些奇异官能之时有的彼此间实际上普适官能。而力学近量级分析工具则致力于分析系统对在临界北区的黏官能、比热、差分拥护等力学类似于官能，可以系统化我们对连续极化临界奇异的了解。但是，无论是高温的大导还是液氢的大流，其临界北区都较为窄，不利于推展对其临界力学的宇宙学分析。所幸的是，的大冷氧原子系统对兼具不错的可控官能，上半年借助于宽大的的大流极化临界北区，而对第二脉冲的传播者和振幅的分析也将为力学近量级分析工具的拓展提供者助力。

虽然的大强基本带电粒子泡利的大流的第二脉冲并未被观测者到了，但是受到限制当时的宇宙学关键技术，系统对西北面平衡态时其表面积是不均匀分布的，这就阻碍了对脉冲振幅的定义和系统官能分析[2]。近四五年来，表面积均匀分布的的大强基本带电粒子泡利的大流才被氢化成来；近两年来，其第一脉冲的振幅得到了系统官能的分析[3]。可是，该系统对的带电粒子近较极少、泡利能高企，于是第二脉冲的频带就很小，对宇宙学控制系统的热能分辨百余人便提议了极为武断的要求。此时，正因如此其振幅，就连对第二脉冲本身的观测者都如此一来了难于。

东亚科学关键技术所大学潘建伟、姚星灿、王志有年等人组如此一来的分析设计团队经过逾四年的漫长关键技术，搭建了一个全新的的大冷锂-锇氧原子序子场论各种类型网络服务，混合并拓展了诸多压倒的的大冷氧原子管控手段，如蓝灰色反射镜黏胶、算法冷却、三维盒型光势阱等，最终最终地借助于了兼具世界顶尖高水平的均匀分布泡利气体氢化关键技术。在此典范上氢化的的大强基本带电粒子泡利的大流由将近1000万个泡利氧原子组如此一来，泡利能降到了50 kHz，相对来说于世界上其他分析工作组的已刊文结果来时说均更高了将近1个近量级。此外，对的大强基本带电粒子泡利的大流的控制精度也降到了较高的高水平，例如，气压的控制精度相对于0.01倍泡利气压，表面积的非均匀分布官能小于2%，体制加热百余人被抑制到了可忽略的高水平，等等。在此典范上，通过一项新颖的测量手段——较低粒子传递（将近0.05倍泡利粒子）与爆炸官能分辨百余人（相对于0.001泡利能）的布拉格明人关键技术，系统对在如年前所述趋近下的表面积拥护函近可以被宇宙学直接系统官能观测者。把压倒的氢化关键技术和测量关键技术相结合，分析设计团队最终地在的大强基本带电粒子泡利的大流的表面积拥护中的观测者到了第二脉冲的讯号。接着，通过改变体制气压与布拉格四面体的频带，的大强基本带电粒子泡利的大流的表面积拥护明人得到了完整的、精致的近似值，并且宇宙学结果与基于位能二压强基本概念的拟合曲线高度相符。

(a)宇宙学控制系统示意图；(b)宇宙学方案示意图

的大强基本带电粒子泡利的大流中的的第一脉冲（图样）与第二脉冲（右图）的讯号

进一步地，东亚科学关键技术所大学的分析设计团队与斯威本信息技术所大学的胡辉系主任合作伙伴，在位能二压强基本概念的典范上，不仅仅系统官能地曾获得了的大强基本带电粒子泡利的大流在的大流极化周边地北区的第一、第二脉冲的紊流及振幅百余人，而且实验者了的大强基本带电粒子泡利的大流的物态方程，甚至由此曾获得了比宋人的近似值结果愈发正确的的大流蚕食近（superfluid fraction）。更为关键官能的是，黏滞倍近和电导百余人这两个输运参近被独立地提取成来，并且都接近于电力学所赋予的趋近。这些趋近值仅仅由普朗克宇宙学量、玻尔兹曼宇宙学量以及带电粒子的表面积与质量所提议，与系统对的其他技术细节比如时说，是普适官能的说明了。此外，宇宙学结果表明，黏滞和比热对脉冲振幅的作成贡献是同等关键官能的。这些结果为我们系统地分析其他构造的的大强基本带电粒子泡利的大流（例如吸积岩石圈、中的微子-胶子自由电子产品）、乃至其他的大强北区别泡利系统对（例如非除此以外导电）提供者了关键官能的宇宙学信息，因而这项兼职是使用量子场论各种类型来分析关键官能宇宙学原因的一个范例。还有一个更让人惊喜的收曾获是，在此项兼职中的氢化的的大强基本带电粒子泡利的大流的临界北区宽度大将近是液氢的大流的一百倍，如此之宽的的大流极化临界北区与优秀的气压控制精度相配合，将为日后观测者极化单单周边地北区的奇异输运奇异、近似值力学近量级函近、拓展力学近量级分析工具提供者较好的典范。

向上滑动借阅

X. Li, X. Luo, S. Wang, K. Xie, X.-P. Liu, H. Hu, Y.-A. Chen, X.-C. Yao Co J.-W. Pan, Second sound attenuation near quantum criticality, Science 375, 528–533 (2022).

其他的有

[1] M. W. Zwierlein, J. R. Abo-Shaeer, A. Schirotzek, C. H. Schunck Co W. Ketterle, Vortices and superfluidity in a strongly interacting Fermi gas, Nature 435, 1047 (2005).

[2] Leonid A. Sidorenkov, Meng Khoon Tey, Rudolf Grimm, Yan-Hua Hou, Lev Pitaevskii Co Sandro Stringari, Second sound and the superfluid fraction in a Fermi

gas with resonant interactions, Nature 498, 78 (2013).

[3] Parth B. Patel, Zhenjie Yan, Biswaroop Mukherjee, Richard J. Fletcher, Julian Struck, Martin W. Zwierlein, Universal sound diffusion in a strongly interacting Fermi gas, Science 370, 1222–1226 (2020).

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故事情节则有：本文于2022年2年末7日刊成于微信社会公众号 老子追随者 （ 看，气压一去不返了，你能听到吗 | 东亚科大量子场论各种类型设计团队最终近似值第二声振幅 ），风云广播网曾获准许刊文。

责任编辑：杨娜

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