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系统示意图。
据美国“科学日报”网站8月20日消息称，爱尔兰都柏林三一学院（TCD）的物理学家，日前在《物理评论快报》杂志中提出了一种基于量子纠缠效应的温度计概念，这种温度计可以精确测量比外太空低十亿倍的温度。这类超冷温度产生于原子云（费米气体），它是科学家为了研究极端量子状态下的物质行为而创造的。
什么是超冷气体？项目负责人John Goold教授解释道：“物理学家分析气体的标准方法源于统计力学理论。这一理论是在19世纪由麦克斯韦和玻尔兹曼等物理学巨擘发明的。他们复兴了希腊哲学家的一个旧观点，即诸如压力和温度等宏观现象是可以从原子微观运动的角度来理解的。我们需要知道，在那个时代，‘物质是由原子构成的’这一观点具有革命性意义。”
论文第一作者Mark Mitchison博士解释道:“传统上，超冷气体的温度可以从其密度推断出来——在较低温度下，原子没有足够的能量支持其向远方扩散，这会让气体的密度增大。然而，即使在超低温条件下，费米子也总是彼此保持着距离。因此，在某一时刻，费米气体的密度与温度没有任何关系。我们提议使用一种不同的原子来作为探针。假设有一种由锂原子组成的超冷气体，你可以将一个不同的原子（比如钾）浸入到超冷气体中。它与周围原子的碰撞会改变钾探针的状态，从而使你推断出温度。从技术上讲，我们的提议涉及量子叠加态。我们发现，这种叠加态会随着时间的推移而变化，并且对温度非常敏感。”
论文作者Giacomo Guarnieri博士比喻说：“温度计只是一个系统，它的物理性质会随温度的变化，而以可预测的方式发生变化。例如，你可以通过测量水银在玻璃管中的膨胀量来测量体温。我们提出的温度计概念也以类似的方式运作，但我们测量的对象不是汞，而是与量子气体纠缠（或相关）的若干个单原子的状态。”
爱尔兰都柏林大学的Steve Campbell教授评论道：“这不仅仅是一个遥不可及的创意——我们在这里提出的概念是现代原子物理学能够实现的。在各种新兴的量子技术中，类似量子温度计这样的量子传感器，可能会对科学研究产生最直接的影响。”
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编译：朱明逸
审稿：西莫
责编：雷鑫宇
期刊来源： 《物理评论快报》
期刊编号： 0031-9007
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200820110905.htm
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