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量子系统中复杂的振荡如何随时间简化

量子物理学使人们能够陈述从盐晶体到中子星在原子级上多种多样的多粒子系统的行为。在量子系统中,许多参数没有具体的值,而是以一定的概率分布在各种值上。通常,这种分布采取简单的高斯钟形曲线的形式,在经典系统中也会遇到这种情况,例如在高尔顿盒实验中球的分布。但是,并非所有的量子系统都遵循这种简单的行为,由于相互作用,某些量子系统可能会偏离高斯分布。

柏林自由大学和柏林亥姆霍兹-岑特鲁姆大学理论物理学联合研究小组的负责人詹斯·埃塞尔特教授认为,一旦相互作用减少,这种偏差就会随着时间的流逝而衰减并变为高斯分布。现在,他已经能够通过实验证实这一假设。

为此,柏林团队与维也纳工业大学的JörgSchmiedmayer博士教授带领的一组实验物理学家一起工作。Schmiedmayer和他的小组成员,特别是Thomas Schweigler博士,制备了所谓的玻色-爱因斯坦凝聚物:这是一个由数千个atoms原子组成的量子系统,借助于rub原子,它们被限制在准一维结构中。磁场并冷却到绝对零(50纳开尔文)附近。

这项研究的合著者,Jens Eisert的博士后Marek Gluza博士解释说:“维也纳小组创建了一个合成量子系统,在该系统中可以特别清晰地观察声子的分布。” 测量数据最初代表声子的复杂动力学。但是随着时间的流逝,复杂性就消失了,并且分布呈高斯钟形曲线的形状。

詹斯·埃塞特(Jens Eisert)评论说:“实际上,我们可以在这里看到高斯分布随时间的变化。自然界可以通过其自然定律本身找到简单的解决方案。”

所进行的实验的独特之处在于,随着时间的流逝,系统会转回到更复杂的分布,这表明可以再次获取复杂状态的签名。Gluza解释说:“我们确切地知道了为什么会向后摆动以及它取决于什么。“这向我们展示了有关系统隔离的一些信息,因为有关签名的信息从未离开过系统。”

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