【大紀元2020年09月02日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）一組物理學家提出一個用量子溫度計測量低溫的辦法，近期獲得《物理評論快報》（Physical Review Letters）編輯的推薦。
這份由都柏林聖三一大學（Trinity College Dublin）、都柏林大學（UCD）和日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）合作的研究提出，為了測量超低溫費米氣體（Fermi gas）的溫度，向氣體中摻入另一種原子作為探測器，並與氣體形成量子糾纏，通過測量摻入的原子即可準確測量氣體的溫度。
科學家近年來在實驗室創造出極低溫的費米氣體環境，用於研究各種物體在極端量子狀態下的特性。
主要研究者都柏林聖三一大學教授高爾德（John Goold）介紹說：「世界各地多個實驗室都在創造低溫氣體環境，它們的用途很廣泛，從檢驗基本物理理論到偵測引力波。它們的溫度低到只有幾個納米開爾文。一開爾文是零下271.15攝氏度。這些氣體的溫度比外太空中最低溫的地方更低幾十億倍，而它們卻存在於地面的環境。」
什麼是費米氣體？
高爾德說：「宇宙中所有的粒子，包括原子，都是玻色子或費米子兩種類型中的一種。費米氣體就是由費米子組成的氣體。在極低的溫度下，玻色子和費米子的特性完全相反：玻色子喜歡聚集在一起，而費米子相反。這個特性使得測量它們（費米子）的溫度很困難。」
這份研究的第一作者米奇森（Mark Mitchison）解釋說：「傳統的辦法是，從氣體的密度推測超低溫氣體的溫度。因為在低溫下，原子沒有足夠的能量互相分開，導致氣體密度增加。但是費米子即使在非常低的溫度下，仍然處於分開的狀態，所以在某個臨界點，從費米氣體的密度無法推測出氣體的溫度。」
「所以，我們提出用另一種原子作為探測器。比如說我們要測量超低溫鋰原子構成的氣體，我們將另一種原子，比如用鉀原子浸入氣體。鉀原子與周圍原子撞擊的互動將改變鉀原子的狀態，我們就能探知氣體的溫度。具體地說，我們提出的方法還涉及到創造量子疊加態，讓探測原子同時處於既與氣體原子互動，又不與氣體原子互動的狀態。我們發現，這個疊加態的變化對溫度非常敏感。」
另一位研究者瓜尼裡（Giacomo Guarnieri）打比方說，我們的溫度計和傳統溫度計原理差不多，只是探測器用的不是汞柱，測量的是與量子氣體糾纏的單個原子的狀態。
都柏林大學的坎貝爾（Steve Campbell）說，在近代層出不窮的量子技術中，像我們研究的量子感應器很可能會產生直接影響，是個很及時的研究成果。
高爾德說：「實際上我們的研究得到推薦，其中一個原因是因為我們聚焦於幾年前發表在《科學》期刊上的一項由奧地利科學家進行的實驗，對此進行了計算和數字模擬。我們的研究裡，費米氣體是受困鋰原子組成的稀薄氣體，混入鉀原子雜質，實驗人員能夠用射頻脈衝控制其量子態，並測得氣體的（溫度）信息。這些操作在其它量子技術上已經很常用。」◇
責任編輯：朱涵儒
