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計量論壇

標(biāo)題: 實驗室內(nèi)首次創(chuàng)造出對稱性破缺 [打印本頁]

作者: 上帝 時間: 2013-8-15 07:54
標(biāo)題: 實驗室內(nèi)首次創(chuàng)造出對稱性破缺
　　科技日報訊據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)站8月12日報道，多國研究人員首次通過實驗證明，可在實驗室內(nèi)以一種可控的方式制造出對稱性破缺并觀察到拓?fù)滂Υ谩Ｔ谝粋€控制得很好的系統(tǒng)內(nèi)識別出這些“拓?fù)滂Υ谩保瑢⒂兄诳茖W(xué)家們研究量子相變、洞悉復(fù)雜系統(tǒng)的非平衡性動力系統(tǒng)。研究結(jié)果發(fā)表在最新出版的《自然·通訊》雜志上。

　　大約140億年前，是什么力量創(chuàng)造了我們現(xiàn)在身處的宇宙？在宇宙大爆炸之后的短暫瞬間，對稱性破缺如何導(dǎo)致物質(zhì)、恒星以及星系從一個起初對稱且各處環(huán)境一樣的宇宙中制造出來？這是科學(xué)家們一直想知道的問題。盡管宇宙大爆炸仍然無法被重復(fù)，但科學(xué)家們現(xiàn)在的確能在可控的實驗下對這種對稱性破缺及其變化進(jìn)行研究了。

　　拓?fù)滂Υ檬强臻g結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)的錯誤，當(dāng)一個系統(tǒng)內(nèi)的粒子無法相互“溝通”時，對稱性破缺會導(dǎo)致這種拓?fù)滂Υ谩６傻聡?lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）、烏爾姆大學(xué)、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室以及以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的實驗，就試圖對一個復(fù)雜的多粒子系統(tǒng)進(jìn)行控制并誘導(dǎo)外部環(huán)境發(fā)生變化以獲得這種對稱性破缺。

　　為了制造出這一系統(tǒng)，他們將鐿離子捕獲在所謂的“射頻離子陷阱”中，并在激光的幫助下將其冷卻到幾毫開爾文以下。在陷阱內(nèi)，陽離子會相互排斥，鐿離子也在這樣的超低溫下呈現(xiàn)出晶體結(jié)構(gòu)，這樣就構(gòu)造出了一個所謂的“離子庫倫晶體”，其對稱性可與早期宇宙的對稱性相媲美，科學(xué)家們也可對超冷粒子以及周圍的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行很好地控制。當(dāng)離子在晶體內(nèi)尋求新的平衡狀態(tài)時，拓?fù)滂Υ镁蜁霈F(xiàn)。

　　最新研究同由湯姆·基布爾和沃奇克·祖瑞克建立的所謂的基布爾—祖瑞克機制密切相關(guān)。基布爾提出，早期宇宙中存在一些特殊的拓?fù)滂Υ茫涸谟钪娲蟊ㄖ蟮乃查g，一種對稱性破缺發(fā)生，年輕的宇宙必須“決定”采取哪個新狀態(tài)。此時，宇宙中各個獨立的區(qū)域并不會互相交流其決定，宇宙弦和疇壁這樣的拓?fù)滂Υ没蛟S就被制造出來。但是，基布爾—祖瑞克機制認(rèn)為，相變中也會出現(xiàn)瑕疵。這一理論可以適用于很多物理學(xué)領(lǐng)域，諸如從金屬到超導(dǎo)體的相變或從鐵磁體到順磁性系統(tǒng)的相變等。

　　研究團(tuán)隊現(xiàn)在已經(jīng)證明，使用超冷的離子庫倫晶體，這種基布爾—祖瑞克機制能被轉(zhuǎn)移到相對簡單的實驗室系統(tǒng)，拓?fù)滂Υ玫某霈F(xiàn)取決于改變出現(xiàn)的速度。而美因茨約翰尼斯古騰堡大學(xué)同時進(jìn)行的研究也得出了同樣的結(jié)論。

　　最新系統(tǒng)有助于科學(xué)家們在經(jīng)典系統(tǒng)、量子宇宙以及在非線性的物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行與相變有關(guān)的研究，從而使他們能更快地解釋自然界中的神秘關(guān)系。

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