让物质隐形的奇异量子效应证实

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科技日报北京11月23日电 （记者刘霞）几十年前，科学家预言存在一种奇异的量子效应——泡利阻塞，即如果一团气体变得足够冷且足够致密，它就能隐形。美国和新西兰科学家在最新一期《科学》杂志撰文指出，他们利用激光挤压并冷却锂气体等，使其密度和温度变化到足以减少光散射量的程度，由此证明了泡利阻塞效应，未来有望利用其开发能抑制光的材料，进一步提高量子计算机的性能和效率。

泡利阻塞源自奥地利著名物理学家沃尔夫冈·泡利于1925年首次提出的泡利不相容原理。泡利假定，一切处于相同量子态的费米子（如质子、中子和电子）都不能处于同一空间。泡利不相容原理也适用于气体中的原子。通常情况下，气体云中的原子有很大的弹跳空间。这意味着，尽管它们可能是受泡利不相容原理约束的费米子，但有足够多未被占据的能级供它们跃迁。然而，如果让气体冷却下来，原子会失去能量，占满所有可用的最低能级，处于不能动弹的状态。由于排列过于紧密，这些粒子无法再与光相互作用，光就被“泡利阻塞”了，只能径直穿过。

在最新研究中，科学家调整了激光束中的光子，使锂气体云中的原子变慢并变冷，随后将气体云的温度降至略高于绝对零度，再使用另一束激光将这些原子压缩至约1000万亿个/立方厘米的程度。

为弄清过冷原子的隐形程度，他们使用第三束激光照射原子，并用一个高灵敏摄像头统计散射光子的数量。正如理论预测的那样：与室温下的原子相比，被冷却和压缩的原子散射的光减少了38%，使其亮度显著降低。他们表示，如果能让这团气体的温度降到更接近绝对零度（零下273.15摄氏度），那么它将变得完全看不见。另外两个独立研究小组也冷却了钾和锶气体，证明了该效应。

报告资深作者、麻省理工学院物理学教授沃尔夫冈·克特勒说：“这是科学家首次清楚地观察到这种效应的存在，未来有望利用其开发抑制光的材料，这对于提高量子计算机的效率非常重要，因为量子退相干（由光携带的量子信息散失至周围环境中）会降低量子计算机的性能和效率。”