当电子冷却过程中渐渐消失时:研究人员观察到量子世界特有的效应

发布时间：2023-08-16 13:47:38 所属栏目：动态来源：

导读：许多物质冷却到某一临界温度以下时，它们的性质就改变了。例如，当水结冰时，就会发生这样的相变。然而，在某些金属中，存在宏观宇宙中不存在的相变。它们的出现是因为量子力学的特殊定律适用于自然界最小的构件领域

许多物质冷却到某一临界温度以下时，它们的性质就改变了。例如，当水结冰时，就会发生这样的相变。然而，在某些金属中，存在宏观宇宙中不存在的相变。它们的出现是因为量子力学的特殊定律适用于自然界最小的构件领域。

如果你把水冷却到零度以下，它就会凝固成冰。在这个过程中，它突然改变了它的性质。例如，作为冰，它的密度比液态低得多，这就是冰山漂浮的原因。在物理学中，这被称为相变。

但也存在相变，即物质的特征逐渐改变。例如，如果一个铁磁铁被加热到760摄氏度，它就会失去对其他金属块的吸引力—这时它不再是铁磁性的，而是磁磁性的。然而，这不是突然发生的，而是连续发生的:铁原子的形成就像微小的磁铁。

在低温下，它们的取向彼此平行。随着温度的升高，这些材料的振动会变得更加强烈，并最终导致其失去放置，同时也失去了原有的磁属性。所以当金属被加热时，它既可以是铁磁性的，也可以是顺磁性的。

物质粒子不能被摧毁
因此，可以说，相变是逐渐发生的，直到最后所有的铁都是顺磁性的。在这个过程中，这种转变越来越慢。这种行为是所有连续相变的特征。“我们称之为‘临界减速’，”波恩大学贝特理论物理中心的汉斯·克罗哈教授解释说。“原因是，随着不断的转变，这两个阶段在能量上越来越接近。”

这种“减速”是基于玻色子激发的相变的典型现象。玻色子是“产生”相互作用的粒子(例如，磁力就是基于这种相互作用)。另一方面，物质不是由玻色子而是由费米子组成的。例如，电子就属于费米子。

相变是基于粒子(或由它们引发的现象)消失的事实。这意味着，随着平行排列的原子越来越少，铁的磁性变得越来越小。“然而，根据自然的基本法则，费米子是不能被摧毁的，因此也不会消失，”克罗哈解释说。“这就是为什么他们通常不会参与相变。”

电子变成重粒子
电子可以被束缚在原子中;然后它们有一个固定的地方，他们不能离开。另一方面，金属中的一些电子可以自由移动，这就是为什么这些金属也可以导电。在某些具有奇异密度的量子物质材料中，相邻的两种电子都可以形成高能量的叠加态。这就自然而然地产生了所谓的准粒子。

然而到目前为止，这种心理变态的效应只能在动物园的实验中还有一些间接细致的观察才能得到。由苏黎世联邦理工学院理论物理学家汉斯·克罗哈和曼弗雷德·菲比格的研究组领导的研究人员现在已经开发出一种新方法，可以直接识别准粒子在相变中的坍缩，特别是相关的临界减速。

（编辑：汽车网）

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