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Ultracold Atoms为早期宇宙的戏剧性扩张提供洞察力

研究超冷原子的研究人员观察到的行为与早期宇宙的快速,指数扩张有着惊人的相似之处,这是宇宙学家所称的时代。超冷原子可以用来模拟难以研究的复杂的凝聚态物质系统。实验上,像超极体,超导体甚至是。因此,在新实验中,将数十万个钠-23原子冷却到足够低的温度,使原子形成(BEC)。这是一种奇异的,类似气体的原子粒子云,接近绝对零度(大约零下459。7华氏度,或零下273。2摄氏度)。 []研究人员使用激光将云状物包含在一个类似甜甜圈的形状中,其半径在几毫秒的时间内增加了四倍,导致BEC以超音速扩展。“宇宙扩张是中心根据我们的理解,“马里兰大学联合量子研究所的研究小组成员Gretchen Campbell告诉Space。com。在几组实验中,研究人员在他们的云上印上了一个声波,交替出现了更多原子和更少原子的区域。环周围的原子模拟早期宇宙中的波浪并观察它在膨胀过程中的分散情况。不出所料,声波延伸,但其振幅也减小了。研究人员表示,增长发生得如此之快,以至于云被嗡嗡作响;在通货膨胀期间,类似的嗡嗡声可能出现在宇宙尺度上。“我们对这种扩张的了解仅限于我们通过观察学到的东西,因为创造了一个宇宙可以理解的是,在实验室里,有点困难,“坎贝尔说。 “宇宙的一个潜在的实验室替代是一个膨胀的BEC,一种奇异的超冷物质状态,其中原子的波函数重叠,原子表现为一体。”在快速结束后,量子场中包含的能量驱动了通货膨胀衰退成低能粒子。这反过来引起了再加热,这是一个重要的过程,可能产生了在宇宙中形成结构之前的物质的高温状态。“我们探索这些联系并发现常见的现象,”坎贝尔谈到团队的实验。有一天,这种使用冷原子物理学的实验可以揭开宇宙形成的神秘面纱。“[]”在过去十年左右的时间里,科学家们已经真正找到了如何准确控制超冷原子,“她“因此,我们将这些原子保存在这些由光线构成的陷阱中,并且,由于实验室中的新技术和发展,我们能够精确控制这些光势,这意味着我们可以用它们做很多不同的事情。 “这项工作将原子物理学和引力学专家聚集在一起,在团队成员所描述的内容中证明了BEC作为一个测试来自其他物理领域的思想的平台的多功能性。”我实际上对我们的理论有多么惊讶计算结果与我们在实验室看到的结果相符,以及它的效果如何,“坎贝尔说。 “这是其中一项比预期更好的事情。”这不是研究人员第一次使用冷原子物理来研究宇宙学。以前的实验模仿了黑洞的行为,并提供了一个机会,可以搜寻预测从黑洞中倾泻出来的辐射的阴影边界。麻省理工学院的沃尔夫冈·凯特勒是最早的寒冷先驱之一。原子物理学;他在BEC的工作为他赢得了2001年的诺贝尔物理学奖。他说,最近研究中报道的类似研究将激励其他人对宇宙学规模进行推进或新的预测,推动科学进步。“那里”很明显很兴奋,“Ketterle,没有参与Campbell和她的同事的研究,他们告诉Space。com。”它创造了一个新的平台来观察膨胀的玻色 - 爱因斯坦凝聚体中的膨胀方面以及BEC中的声波如何可以用来研究膨胀动力学。“未来的实验可能会更密切地研究膨胀过程中复杂的能量转移,甚至可能会寻找进一步的宇宙学类比。”从这些结果来看,我们现在知道如何设计实验。未来针对我们希望看到的不同影响,“坎贝尔说。”正如理论家提出模型,它确实给了我们一个测试床,我们可以实际研究这些模型,看看会发生什么。“这项研究称为” Rapi dly扩展Bose-Einstein凝结水:实验室中的一个扩展的宇宙,“4月在期刊上发表。。

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