一种新的测温方法揭示了压缩气体可能导致冷却

来自因斯布鲁克和日内瓦的一个国际研究小组开发了一种新的测温方法，用于测量低维量子气体的温度。通过这种方法，人们发现压缩气体可以导致冷却。关于这一违反直觉现象的研究结果刚刚发表在《科学进展》杂志上

日常经验告诉我们，压缩变热，膨胀变冷。任何给自行车轮胎打气的人都知道这一点。进入量子物理学。在量子世界里，特殊的规则适用。被称为玻色子的粒子可能会共同凝聚并成为超流体。费米子表现出泡利排斥原理，并且会相互避开

在缩小的维度中，情况变得更加棘手。量子涨落的作用增强了，当粒子间相互作用非常强烈时，玻色子可能会发生费米子化

紧光势冷原子实验平台用于实现这种量子线，并对强约束下电子的性质进行量子模拟

在因斯布鲁克实验物理系和日内瓦大学量子物质物理系进行的一项联合实验和理论工作中，发现当维度降低时，强相互作用的量子多体系统可以经历冷却。因此，“量子轮胎”可能会在充气时冷却

这种效果与预期相反，事实上，文献中并没有提出或预见到这种效果。随着一种结合实验和理论的测温方法的发展，这种观测成为可能，这种方法在强相互作用的情况下尤其有效

“我们能够以一纳米开尔文的灵敏度在1D中测量温度，”这项研究的两位主要作者之一郭彦亮说。“我们发现，当我们从3D压缩到2D时，温度首先从12.5 nK上升到17 nK，然后当我们进一步压缩到1D时，温度下降到9 nK。”

冷却的发生是因为1D中的强横向约束和玻色子费米子区域中的强相互作用的相互作用。在实验中，该团队检查了1D中的强相互作用是冷却发生的必要条件

团队负责人之一Hanns Christoph Nägerl表示：“从12.5到9 nK的变化似乎不大。”。“但自从在这项联合工作中发表第一个结果以来，我们已经有了显著的改善，并看到温度降至2 nK，灵敏度为1 nK。”

该团队预计这些结果将引起科学界的极大兴趣。低维、强相关的量子多体系统具有多种真正的量子效应，对它们的研究可能会揭示物理学中的许多谜题，其中高温超导是最突出的谜题，如果它被解决，将产生深远的影响

特别是，超冷原子的低维系统现在被广泛用作量子模拟的平台，最近对一维系统获得了一系列非常有趣的结果（例如，预热、动态费米电离、异常热流、自旋电荷分离）

“温度对所有量子系统都起着至关重要的作用，因此能够测量温度至关重要，”这项研究的首席理论家姚鹤鹏说。“然而，到目前为止，这还没有用于孤立的、强相关的1D和2D量子多体系统。”来自日内瓦的团队负责人Thierry Giamarchi表示，“从概念上讲，我们发现温度可能会随着限制程度的增加而下降，这非常有趣。这与常见的直觉相反，并显示了量子世界中可能发生的微妙影响。”