看原子间的斥力作用Science：量子系统惊现“拓扑反转”！原创?光子盒研究院?javascript:void(0);光子盒?2024-0
4-19? 如果系统中的粒子存在相互作用，如吸引或排斥——与固体中的电子相似，情况会变得尤为复杂。在固体中同时考察拓扑结构与粒子间
相互作用非常具有挑战性。最近，由Tilman Esslinger领导的苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究小组在人造固
体中成功检测到拓扑效应，这种人造固体允许通过磁场激活或关闭粒子间的相互作用。 这项成果已在《科学》杂志上发表，未来将有助于量子技术
的发展。在Esslinger实验室，博士生朱子杰作为该研究的第一作者，联同团队成员利用极冷的费米子钾原子，构建了一种人造固体结构，
并使用激光束在周期性的空间晶格中捕获这些原子。为了进一步操控系统，他们又引入了额外的激光束，这些激光束使相邻晶格位点的能级周期性地
上下波动，且这些波动不同步进行。在一段时间的观察后，研究人员记录了原子在晶格中的分布情况，初始时原子之间未表现出相互作用。实验中，
他们发现由于能量态的甜甜圈拓扑结构，粒子在每个循环周期中总是向同一方向移动一个晶格位点。Esslinger团队的资深博士后Konr
ad Viebahn将这一现象形象地比喻为螺丝钉的旋转动作：拧紧螺丝时，尽管螺丝是顺时针旋转，它却因此向前进展。螺丝每转一圈，就向
前推进一定的距离，而这个前进的速度与旋转的快慢无关。他解释说，这种现象也称为“拓扑泵浦”，是一些拓扑系统的典型特性。如果在实验中“
螺丝”遇到障碍怎么办？在ETH的实验设置中，这种障碍由一束额外的激光形成，它限制了原子沿纵向的自由运动。当螺丝转动大约100圈后，
原子碰到了这个激光形成的“墙”。在上述比喻中，这堵墙象征着“苹果拓扑结构”，在此结构中，“拓扑泵浦”无法进行。出人意料的是，原子没
有简单地在墙前停下，而是突然掉头。因此，尽管“螺杆”持续顺时针旋转，原子却反向移动。Esslinger及其团队认为，这种反向运动可
以通过晶格中存在的两种拓扑结构解释：一种是顺时针旋转的甜甜圈拓扑，另一种则是逆时针旋转的甜甜圈拓扑。在晶格的边界上，原子可能从一种
拓扑结构转变为另一种，从而改变其运动方向。 随后，研究人员引入了原子间的斥力相互作用，并观察了新的现象：原子在接触激光墙之前，就已
在一个不可见的障碍处掉头。博士生Anne-Sophie Walter解释说：“通过模拟计算，我们确定了这个不可见的障碍实际上是由原
子间的相互排斥力产生的。”Esslinger教授评论道：“这些观察结果为我们理解相互作用的拓扑系统提供了重要进展。”看了文章：激光
是电磁波，量子与激光有作用，它们之间的作用力是电磁力。原子之间不但有引力（引力大于斥力），还有斥力（斥力大于引力），原子在接触激光
墙之前，就已在一个不可见的障碍处掉头，是引力斥力相互转换。 使用电工仪器仪表测量任何物体、任何两点都有变化的电参数，当然还有变化的
机械参数，证明原子是带电的，那么原子之间的力量是电磁力，分为引力、斥力，没有单独的一种力存在，二者相互依存、转换。研究人员引入了原
子间的斥力相互作用，说明了原子之间有斥力大于引力的理论了，只是我们不知道，谢谢了。 |
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