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最近，物理学家们却制造出了第一台所谓的“好像能产生负质量粒子”的粒子发生器。 导语：负质量？顾名思义，即物质质量为负数。作为天文物理学的一个术语，负质量曾被天文学家用来描述宇宙的创生和演化：正质量区域是力学稳定的，不会产生剧变式的爆炸。而当这种区域质量为负时大爆炸就会发生。这乍一听似乎与我们相去甚远，然而最近，物理学家们却制造出了第一台所谓的“好像能产生负质量粒子”的粒子发生器。 图|来源：罗契斯特大学 该装置会产生一个半光子/半物质粒子的奇异粒子。听起来好像不是那么酷，但它可能会为未来新型激光器的研制打下基础。这种新型激光器能以耗能比现有技术低得多的功率工作。 这一最新成果是建立在最近一种被称为极化子行为的理论基础之上的，极化子（polariton）似乎具有负质量——这是一种令人兴奋的属性，它能使物体向推动力来源的方向移动，而不是像正常情况一样被推开。 现在，来自罗契斯特大学的物理学家已经创造出了前文提及的这种能在室温下生成极化子的粒子发生装置。 通过操纵被捕获的光子，并把它们与一种被称为激子（exciton）的准粒子结合起来，科学家们成功制出了一些被称为“魔幻尘埃”的半光/半物质粒子。 不过，来自罗契斯特光学研究所的量子物理学家Nick Vamivakas说，这些“魔幻尘埃”仅能算作一项“物理学领域里的有趣且令人兴奋的新成果”。“但是，在这次实验中我们也发现，我们创造的这台设备为科学家提供了一种产生功率可衰减激光的新方法。” 在深入研究激光之前，让我们先搞清楚这个“魔幻尘埃”极化子到底是什么。正如我们之前所说，产生极化子的过程包括一个将光子与被称为激子的准粒子相结合的步骤。 如果把所有粒子比作一个乐团的话，那么这个乐团中就有诸如电子、夸克以及光子等各种不同的部分。 但严格来说，准粒子不能算是这其中单独的一部分。相反，它们综合了其他粒子的各种行为，就像是单簧管和长笛的和声。 它们的组态就像离散的颗粒状物体一样，因此它们通常用于相同的目的。所谓的准粒子其实就叫做激子，它由一个电子加上一种叫做电子空穴的空隙组成。 图|电子空穴对 二者被库仑力绑定在一起，而这种库仑力通常是在光线与某些物质相互作用时产生的。在这项研究中，这种与光作用的物质恰好是由二硒化钼制成的原子级超薄半导体。 研究人员将半导体与光学微腔耦合在一起，从而构成了一个微小的镜像走廊，用来使特定频率的光形成驻波。这一过程会将激子的特性与光的驻波组合起来，以形成极化子。 这样的准粒子并不是全新的。但据研究人员介绍，目前为止，大多数有关极化子的工作都只是在由中性激子和光子构成的准粒子上进行，而不会在其他复合体上进行。 这种新设备使研究人员能够探测不同种类的极化子之间的相互作用。事实证明，这些相互作用非常奇怪。 图|排斥的极化子 Vamivakas说：“通过使激子放弃一些光子特性来产生极化子，我们最终会得到一个与之相关的负质量物体。” 负质量是一个很难理解的概念，关键是要结合周围环境来考虑它的作用。 质量往往被视为对某种力量的阻抗或回应。比如，推动和停止质量相对大的保龄球当然要比质量轻的弹珠更难。 在这种情况下，呈现出负质量性质的物体（例如极化物质）将会表现出令人意料不到的效果。 Vamivakas说：“这种性质确实会令人摸不着头脑，因为如果你试图推或拉负质量物体，它的运动方向会和你起初预料的方向完全相反。” 不过，这项性质可能会有一些令人兴奋的应用，其中之一就是电磁辐射的受激发射。换一种更容易理解的说法：就是使光子在激光中排列起来。 Vamivakas说：“利用这种设备生成的极化子，我们获取可供操作的激光的方式已经完全不同了。”极化子可以协助产生低能量输入的激光，这表现了其负质量特性。 准粒子可能还不能算是粒子家族中的正式成员，但它们绝对是值得我们密切关注的奇异现象。 近年来，准粒子在粒子物理的其他领域已经成为了焦点新闻，在量子计算等技术应用中也显示出了广泛的潜力。或许有朝一日，这种半光半物质的“魔幻尘埃”将成为一种全新的超级计算机的基石。 编辑 | 褚茗帆 审校 | 星亦 TechPower科技力 热爱因科技而发生 |
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