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從鹽晶體到中子星,量子物理學可以在原子水平上描述各種多粒子系統的行為。在量子系統中,許多引數沒有具體的值,而是以一定的機率分佈在不同的值上。通常這種分佈的形式是簡單的高斯鐘形曲線,在經典系統中也會遇到,例如在高爾頓箱實驗中球的分佈。然而,並不是所有的量子系統都遵循這種簡單的行為,一些可能會由於相互作用而偏離高斯分佈。

在柏林自由圖書館Universität和柏林亥姆霍茲-中央圖書館(Helmholtz-Zentrum Berlin)領導理論物理學聯合研究小組的延斯·艾瑟特(Jens Eisert)教授認為,一旦相互作用減少,這種偏差就會隨著時間衰減,變成高斯分佈。現在他已經能夠用實驗來證實這一假設。

為此,柏林的研究小組與維也納科技大學Jörg Schmiedmayer教授領導的一組實驗物理學家合作。Schmiedmayer和他的團隊成員,特別是Thomas Schweigler博士,準備了一種所謂的玻色-愛因斯坦凝聚態:這是一個由幾千個銣原子組成的量子系統,在磁場的幫助下,它們被限制在準一維結構中,並在接近絕對零度(50奈米開爾文)的溫度下冷卻。

“維也納小組建立了一個合成量子系統,在這個系統中聲子的分佈可以被特別清晰地觀察到,”馬雷克·格魯薩博士解釋說,他與延斯·艾澤特共同撰寫了這項研究,並做了博士後研究。測量資料最初代表了聲子的複雜動力學。但隨著時間的推移,複雜性逐漸消失,分佈呈現出高斯鐘形曲線的形狀。

“事實上,我們可以看到隨著時間的推移,高斯分佈是如何出現的。大自然透過自己的物理定律找到了一個簡單的解決辦法。”

所進行的實驗的獨特之處在於,隨著時間的推移,系統又回到了更復雜的分佈,證明了一個複雜狀態的特徵可以再次被檢索出來。“我們清楚地知道它為什麼會反彈,以及它所依賴的是什麼,”Gluza解釋道。“這向我們展示了該系統的隔離性,因為有關簽名的資訊從未離開過該系統。”

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