科学家观察到物质波“超冷消失”现象

最近，美国莱斯大学物理学家在超冷原子实验中观察到一种奇特的“消失现象”：在某种情况下，两个物质波形成的孤波在彼此穿越过程中会出现距离“鸿沟”，然后出现在另一边，继续无衰减地振荡。研究小组在最新的《自然·物理学》杂志上描述了这一奇怪现象。

据物理学家组织网11月2日报道，莱斯大学物理学与天文学教授兰迪·休雷特小组将几十万个锂原子冷却到接近绝对零度，形成玻瑟—爱因斯坦凝聚体（BECs）。由于温度极低，原子振动步调一致，可看作单个的物质波，也叫孤波或孤子。孤波在空间通过时，不会衰减、变平或变形。两个孤波相撞后彼此通过对方，但仍保持原有的波形和速度，所以也可以把孤波当作粒子来看待。

“首先我们造出BECs，然后用一片光把它分成两半向两边推开。”论文第一作者、博士后研究员杰森·努因说，“光把它们隔开成为两个孤波，我们再把光去掉，它们就会返回原位，互相撞在一起。”

研究小组用摄像机拍摄了数千次孤波对之间的碰撞，发现在某些碰撞中，孤波互相靠近，但彼此之间总保持着一个微小距离，然后它们出现反弹以避免碰撞。“你永远也看不到它们在一起，总是会有一个缺口，它们必须跳过去。它们会彼此通过，但在通过时永远不会共占同一空间。”休雷特说。

“孤波的一个规定特征是它们能彼此穿过，再次出现而没有衰减。”休雷特解释说，某些碰撞与此一致，两个孤波振荡、会合、出现，并继续这种周期。但在另一些碰撞中，二者之间总是有个缺口。就像它们走到一起，然后彼此出现反弹。这种缺口，可看作是孤波之间存在斥力的证据。

为了研究孤波是否被反弹了，他们使波对中的一个比另一个要大，作为“标记”。通过用不同相位的孤波对进行实验，结果发现在同相波中，孤波彼此穿过后再次出现，正如理论所预测；当相位差为180度，也就是完全异相波中，出现了缺口，显示它们正在反弹。

“虽然我们看到了缺口，但还看到较大的孤波出现在了另一边，也就是说，它跳过了‘鸿沟’！”休雷特说，“这种情况是因为‘波包’干涉。波有正负振幅，一个是正而另一个是负时，它们就会彼此抵消。它们处在会合点的概率为零。它们会通过那个点，但在那个点上，你永远看不到它们。”

休雷特说，“实验证明了孤波能彼此穿过的理论，甚至在它们是异相波出现反弹的情况下。这有助于人们对超冷物质产生根本性的新见解。这种相位—决定效应在光学实验中也有。”