據(jù)美國《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站9月9日報道，在日本京都的一個實驗室里，研究人員正在進(jìn)行一些非常冷的實驗。來自京都大學(xué)和得克薩斯州休斯敦賴斯大學(xué)的一個科學(xué)家團(tuán)隊將物質(zhì)冷卻到了僅比絕對零度（零下273.15攝氏度，即所有粒子運動都停止時的溫度）高十億分之一攝氏度，使之成為整個宇宙中最冷的物質(zhì)。這項研究發(fā)表在9月的英國《自然·物理學(xué)》上，賴斯大學(xué)說，它“打開了通往未經(jīng)探索的量子磁場領(lǐng)域的門戶”。
“除非有外星文明目前正在進(jìn)行這樣的實驗，否則，京都大學(xué)任何時候進(jìn)行這一實驗所制造出的都將是宇宙中最冷的費米子，”研究通訊作者、賴斯大學(xué)教授、該大學(xué)量子計劃成員卡登·哈澤德在一份新聞稿中說，“費米子不是罕見的粒子。它們包括電子等東西，是構(gòu)成所有物質(zhì)的兩種粒子之一?！?/p>
由研究作者高橋佳郎（音）領(lǐng)導(dǎo)的京都大學(xué)團(tuán)隊利用激光將鐿原子的費米子冷卻到絕對零度以上十億分之一攝氏度左右。這要比星際空間的最低溫度還要冷30億倍。這一區(qū)域的宇宙仍受到宇宙微波背景（或者說大爆炸后的輻射余暉）的影響。已知最寒冷的宇宙空間區(qū)域是回力棒星云，它的溫度比絕對零度高1攝氏度，距離地球3000光年。
就像電子和光子一樣，原子受制于量子動力學(xué)定律，但它們的量子行為只有在被冷卻至非常接近絕對零度時才能看得出來。運用激光冷卻原子以研究超冷原子量子特性的方法已經(jīng)運用超過25年。
“達(dá)到這種極低溫的結(jié)果就是，物理學(xué)真的發(fā)生了變化，”哈澤德表示，“物理學(xué)開始變得更加量子力學(xué)化，它讓你得以看到新現(xiàn)象?！?/p>
報道指出，在這項實驗中，激光通過阻止30萬個鐿原子在光學(xué)晶格中的運動來冷卻該物質(zhì)。它模擬了哈伯德模型，這是由理論物理學(xué)家約翰·哈伯德于1963年首次提出的。物理學(xué)家利用哈伯德模型研究材料的磁和超導(dǎo)行為，尤其是電子之間的相互作用產(chǎn)生集體行為的情況。
這種模型使原子能夠展示其不尋常的量子特性，包括電子的集體行為（有點像在足球比賽時表演“人浪”的一群球迷）和超導(dǎo)，或者說物體在不喪失能量的情況下導(dǎo)電的能力。
“他們在京都使用的溫度計是我們的理論提供的重要東西之一，”哈澤德說，“將他們的測量結(jié)果與我們的計算結(jié)果進(jìn)行比較，我們就可以確定溫度。創(chuàng)紀(jì)錄的溫度是通過與該系統(tǒng)極高的對稱性有關(guān)的有趣的新物理學(xué)實現(xiàn)的?！?/p>
在京都模擬的哈伯德模型具有特殊的對稱性，稱為SU（N）。SU代表特殊酉群，這是一種描述對稱性的數(shù)學(xué)方法；N則表示模型中粒子可能的自旋態(tài)。
來源：參考消息網(wǎng)
