科技日?qǐng)?bào)柏林11月14日電 （記者李山）奧地利因斯布魯克大學(xué)和量子光學(xué)與量子信息研究所的科學(xué)家在冷原子系統(tǒng)中觀測到一種特殊的巨型量子三體態(tài)——葉菲莫夫激發(fā)態(tài)（Efimov態(tài)）。對(duì)Efimov態(tài)及其相關(guān)少體束縛態(tài)的觀測可普遍加深人們對(duì)稀疏量子少體系統(tǒng)的理解。相關(guān)研究成果被收錄在物理評(píng)論快報(bào)精選集中，并附有評(píng)論員文章。

　　三個(gè)圓環(huán)兩兩互不相扣，但整個(gè)系統(tǒng)卻扣連在一起的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被稱作博羅梅安環(huán)（Borromean）。在量子物理中也有類似的現(xiàn)象，當(dāng)兩個(gè)全同粒子間的相互作用無法把它們束縛在一起時(shí)，三個(gè)全同粒子卻可能形成一個(gè)稀疏的三體束縛態(tài)——Efimov態(tài)。

　　進(jìn)一步的科學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如果相互作用每增加22.7倍，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大22.7倍的新Efimov態(tài)。當(dāng)相互作用趨于無窮大時(shí)，這一系列Efimov態(tài)的束縛能形成一串幾何級(jí)數(shù)。每個(gè)Efimov態(tài)附近，還存在相關(guān)的四體、五體甚至更多粒子形成的束縛態(tài)。由于計(jì)算中僅有兩個(gè)假設(shè)：全同粒子（玻色子）且短程（接觸）相互作用，所以這是一個(gè)非常普遍的結(jié)論，在核子、冷原子、冷分子系統(tǒng)中都有意義。

　　由于多體束縛態(tài)非常脆弱、容易衰變，加上傳統(tǒng)核子實(shí)驗(yàn)難以調(diào)控粒子間的相互作用強(qiáng)度，使得觀測Efimov態(tài)十分困難。2006年，奧地利因斯布魯克大學(xué)和量子光學(xué)與量子信息研究所的魯?shù)婪颉じ窭锬方淌趲ьI(lǐng)的研究小組首次觀測到了Efimov態(tài)的直接證據(jù)。和Efimov態(tài)相關(guān)的四體和五體束縛態(tài)也隨后在同一實(shí)驗(yàn)組被發(fā)現(xiàn)。在不同的冷原子系統(tǒng)中，孤立的Efimov態(tài)已經(jīng)被觀測到。但一系列的Efimov態(tài)，特別是其周期律的存在，一直缺乏實(shí)驗(yàn)觀測的直接支持。

　　2014年5月，格里姆研究小組通過進(jìn)一步冷卻銫原子到10納開爾文以下，使用體積更大、弧度更小的勢阱來囚禁原子，并更精密地調(diào)控原子相互作用，終于發(fā)現(xiàn)了比之前觀測到的Efimov態(tài)大近22.7倍的新Efimov態(tài)。這個(gè)三體束縛態(tài)的尺寸約是氫原子的20萬倍，和一個(gè)細(xì)菌差不多大。這在原子和分子體系中算是“巨型”了。

　　接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，論文的第一作者、博士生黃博介紹說：“由于Efimov態(tài)是量子三體系統(tǒng)的經(jīng)典模型和重要代表，對(duì)Efimov態(tài)及其相關(guān)少體束縛態(tài)的觀測普遍加深了我們對(duì)稀疏量子少體系統(tǒng)的理解?！?/p>

　　總編輯圈點(diǎn)

　　通常來講，量子科學(xué)研究并熟悉的，是雙粒子或無窮多粒子組成的系統(tǒng)，對(duì)若干粒子組成的“少體系統(tǒng)”卻知之甚少，而這恰恰是核物理、分子物理、材料物理乃至量子信息研究的重要內(nèi)容?？茖W(xué)家對(duì)Efimov態(tài)的觀測彌補(bǔ)了“少體系統(tǒng)”領(lǐng)域的系列缺憾，其重大意義不僅在于“巨型”隱含的多種可能性，更在于它為亞穩(wěn)定原子核、非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)制等研究帶來的借鑒和啟發(fā)。