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當光子被散射時，光子反沖會改變原子的動量q（紅色箭頭）。圖片來源：物理學家組織網
科技日報實習記者?張佳欣
美國麻省理工學院—哈佛大學超冷原子中心研究人員最近首次在超冷氣體中觀察到玻色子增強的光散射。該發現發表在《自然·物理學》上，或為玻色子系統的研究開辟新的可能性。
玻色子是粒子的兩個基本類別之一，一直是無數物理學研究的焦點。當玻色子粒子轉變到已被占據的最終量子態時，這種轉變的速度會因其所謂的“占位數”而增 加，這種效應被稱為玻色子激勵。玻色子激勵在光散射過程中的出現是在30多年前首次預測的，但到目前為止，在實驗環境中直接觀察它具有挑戰性。
簡而言之，如果人們對理想的玻色氣體進行微擾照射，并在接近量子簡并時觀察到散射光的增強，這將是玻色增強的“確鑿證據”。研究人員表示，對于玻色子來說，轉變為已經占據的量子態的速率被它的占位數提高了，這就是玻色子激勵的效果。
為了進行實驗，研究人員準備了一個高密度的超冷23Na氣體云。然后，他們向它照射一束光，并測量了來自該系統的散射光子的數量。結果發現，在系統轉變為 玻色—愛因斯坦凝聚態之前，光子的散射就已增強。然而，這種增強在相變點以下變得更大，這是理論預測在玻色子激勵存在的情況下會發生的情況。
此外，實驗還表明，對于單一內部狀態下制備的多能級系統，玻色子增強只發生在瑞利散射中，而不發生在拉曼散射中。
這項研究首次提供了玻色子激勵原子—光在超冷氣體中散射的實驗證據。該團隊的觀察展示了量子統計和相互作用如何改變玻色氣體的光學性質。
研究人員表示，理解光散射過程中量子統計、相互作用和相變之間的相互作用對于使用光學方法對玻色子系統進行定量診斷至關重要。
在接下來的研究中，研究人員還希望利用光散射來表征強相互作用系統，包括具有各向異性和長距離的強偶極相互作用的系統。這可能會促進目前對這些強相互作用系統的理解，同時也有助于為驗證理論預測提供重要的實驗數據。