神秘“第二声”首次破译！温度远去了，你“听”到了吗( 二 ) 本文转自：文汇客户端热量不

在费米超流中研究“第二声”的衰减行为，不仅能回答“二流体理论能否描述强相互作用费米超流的低能物理”这一长期存在的问题，还能表征强相互作用费米体系在超流相变处的临界输运现象。
这的确是一个机遇，但更是一个难度极高的国际前沿研究方向。罗翔告诉采访人员，之前有两个技术瓶颈难以突破：一是原子数不足，二是测量精度不够。实际上，超冷原子的温度本身已经接近绝对零度，只比绝对零度高千万分之一摄氏度，测温本就非常困难，而观测“第二声”则要探测温度波动所伴随的那一点点物质密度波动，更是难上加难。
该论文通讯作者之一、中科大教授陈宇翱认为，尽管困难重重，但这同时也是超冷原子量子模拟领域的一个重要目标——用人造的可精确操控的量子体系，来模拟复杂的量子系统，以发现复杂系统的物理规律。
陈宇翱进一步解释说，强相互作用的锂原子就是费米子，如果用锂原子来模拟朗道所预言的费米超流中的熵波，那么未来就可以把实验中所观测到的规律，推广到其他强相互作用的费米体系。比如，中子星就是一个强相互作用的费米体系。
经过长期艰苦努力，中科大潘建伟、姚星灿、陈宇翱等成功搭建起了超冷锂-镝原子量子模拟平台。作为量子模拟的一个应用，他们与澳大利亚科学家胡辉合作，开始挑战测量“第二声”的衰减率等关键参数。

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▲来自中国的量子模拟重大突破超冷锂-镝原子量子模拟平台实验系统（部分）
【神秘“第二声”首次破译！温度远去了，你“听”到了吗】突破技术关
千万个原子中，探测“纳开级”温差
想要观测“第二声”的衰减，既要制备出高品质、密度均匀的费米超流，还要发展出探测微弱温度波动的方法。费米超流确立十几年来，这两项关键技术却一直未得到突破，因此无法对“第二声”的衰减率进行测定。
在过去四年多时间里，潘建伟研究团队不仅搭建了一个全新的超冷锂-镝原子量子模拟平台，还融合发展了灰色黏团与算法冷却、盒型光势阱等先进的超冷原子调控技术，最终成功实现了世界领先的均匀费米气体的制备。
该论文通讯作者之一、中科大教授姚星灿详细介绍了他们在费米超流制备上的主要突破。与早期冷原子实验只有几万个原子相比，他们所制备的超冷费米超流所包含的原子数达到了千万级，即约1000万个锂原子。
但这一超流体的实际大小只是一个肉眼几乎不可见的小颗粒，直径仅为百微米——1立方厘米的空气大约只有指甲盖大小，却包含有1千亿亿个气体分子。而1000万个超冷气态锂原子的密度只有空气的百万分之一。

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▲磁光阱中的超冷锂原子团（约10亿个）
与此同时，研究团队对超冷原子体系温度的调控精度也达到了纳开尔文级别（十亿分之一开尔文，开尔文是热力学单位）。基于低噪声行波光晶格与高分辨原位成像技术，他们通过实验实现并理论诠释了低动量传递（约百分之五费米动量）与高能量分辨率（优于千分之一费米能）的布拉格谱学方法，并利用其实现了对体系密度响应的高分辨测量。
在这一系列技术突破的基础之上，团队终于精确测得了“第二声”的衰减率。