實(shí)驗(yàn)室內(nèi)首次創(chuàng)造出對(duì)稱性破缺

　　科技日?qǐng)?bào)訊 據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站8月12日?qǐng)?bào)道，多國(guó)研究人員首次通過實(shí)驗(yàn)證明，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以一種可控的方式制造出對(duì)稱性破缺并觀察到拓?fù)滂Υ谩Ｔ谝粋€(gè)控制得很好的系統(tǒng)內(nèi)識(shí)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(dòng)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(duì)稱性破缺如何導(dǎo)致物質(zhì)、恒星以及星系從一個(gè)起初對(duì)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(shí)驗(yàn)下對(duì)這種對(duì)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(cuò)誤，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的粒子無法相互“溝通”時(shí)，對(duì)稱性破缺會(huì)導(dǎo)致這種拓?fù)滂Υ谩６傻聡?guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）、烏爾姆大學(xué)、美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，就試圖對(duì)一個(gè)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(duì)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(huì)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(gè)所謂的“離子庫倫晶體”，其對(duì)稱性可與早期宇宙的對(duì)稱性相媲美，科學(xué)家們也可對(duì)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(shí)，拓?fù)滂Υ镁蜁?huì)出現(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(jī)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(duì)稱性破缺發(fā)生，年輕的宇宙必須“決定”采取哪個(gè)新狀態(tài)。此時(shí)，宇宙中各個(gè)獨(dú)立的區(qū)域并不會(huì)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(jī)制認(rèn)為，相變中也會(huì)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(duì)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(jī)制能被轉(zhuǎn)移到相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)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(shí)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?cè)诮?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。