物理学家用超冷原子造出完美导体

维也纳工业大学的研究人员展示了一个罕见的例外现象。在一项精心设计的实验中，他们观察到一个物理系统，其中的输运过程完全不会衰减。

### 具有完美流动的超冷气体
研究团队利用磁场和光场的组合，将数千个铷原子限制在只能沿一条直线运动的状态。这种设置产生了一种超冷量子气体，其中能量和质量的运动效率达到了百分之百。根据发表在《科学》杂志上的结果，即使经过无数次原子碰撞，这种流动依然稳定不变。这一发现揭示了一种与普通物质中观察到的输运行为截然不同的形式。

### 两种基本的输运类型
“原则上，存在两种截然不同的输运现象，”维也纳工业大学原子研究所的弗雷德里克·莫勒说。“当粒子自由运动，在两倍时间内移动两倍距离时，我们称之为弹道输运——就像子弹沿直线飞行一样。”

第二种类型被称为扩散输运，当运动受随机碰撞主导时就会发生这种输运。热传导就是一个典型例子。当较热的粒子与较冷的粒子相互作用时，能量和动量会逐渐共享，直到整个系统的温度达到均匀。

“这种输运不是线性的，”莫勒说。“通常情况下，要移动两倍的距离，你需要四倍的时间。”

### 为何扩散在该实验中失效
维也纳工业大学实验中观察到的行为不符合上述两种常见模式。原子流没有通过扩散散开，而是保持清晰的边界。“通过研究原子流，我们可以看到扩散几乎被完全抑制了，”莫勒说。“这种气体就像一个完美的导体；尽管原子之间发生了无数次碰撞，但质量和能量等量依然能自由流动，不会耗散到系统中。”

### 量子版牛顿摆
研究人员用牛顿摆（一种桌面上的装置，有一排悬挂的金属球）来类比解释这种效应。当释放一个球时，它的动量会直接穿过整排球，使最远端的球向外摆动，而其他球几乎不动。

“我们系统中的原子只能沿一个方向碰撞，”莫勒解释道。“它们的动量不会被散射，而只是在碰撞伙伴之间交换。每个原子的动量都守恒——它只能被传递，永远不会丢失。”

### 为何气体永远达不到热平衡
就像牛顿摆一样，这个原子系统中的运动不会衰减。能量和动量会在气体中无限传播，而不是像大多数材料那样以热量的形式消散。

“这些结果解释了为什么这样的原子云不会热化——为什么它不会按照通常的热力学定律分配能量，”莫勒说。“在这种完美控制的条件下研究输运，可能会为理解电阻在量子层面如何产生或消失开辟新的途径。”