在物理學(xué)中，薛定諤貓?jiān)⒁饬肆孔恿W(xué)中兩種最令人“敬畏”的效應(yīng)：糾纏和疊加。德國(guó)德累斯頓大學(xué)和慕尼黑大學(xué)研究人員現(xiàn)已在較大的范圍內(nèi)觀察到這些現(xiàn)象。

已知具有磁性等特性的材料具有所謂的域（島），其中材料特性均勻地屬于一種或多種類型（例如，想象它們是黑色或白色）。在最新一期《自然》雜志上，物理學(xué)家報(bào)告稱在氟化鈥鋰（LiHoF4）中發(fā)現(xiàn)了一種全新相變，在該相變中，域出人意料地表現(xiàn)出量子力學(xué)特征，導(dǎo)致它們的性質(zhì)變得糾纏在一起（同時(shí)是黑色和白色）。

研究人員表示，著名的薛定諤貓現(xiàn)在有了“新皮毛”，因?yàn)樗麄冊(cè)贚iHoF4中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的量子相變，這種相變是以前不知道的。

通常，量子力學(xué)定律只適用于微觀粒子，而團(tuán)隊(duì)此次成功地觀察到了更大規(guī)模的量子糾纏效應(yīng)，即數(shù)千個(gè)原子。在非常低的溫度下，LiHoF4充當(dāng)鐵磁體，其中所有磁矩自發(fā)指向同一方向。如果施加一個(gè)與首選磁方向完全垂直的磁場(chǎng)，磁矩將改變方向，這就是所謂的波動(dòng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，這些波動(dòng)就越強(qiáng)，直到最終鐵磁性在量子相變處完全消失。這導(dǎo)致相鄰磁矩的糾纏。

帶有量子毛皮的薛定諤貓：在材料LiHoF4中，德累斯頓大學(xué)和慕尼黑大學(xué)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的量子相變，在該相變中，域以量子力學(xué)方式表現(xiàn)。圖源：C. HOHMANN/慕尼黑量子科技中心

研究人員此次觀察了改變磁場(chǎng)的方向時(shí)會(huì)發(fā)生什么。他們發(fā)現(xiàn)，量子相變繼續(xù)發(fā)生，而以前認(rèn)為即使是最小的磁場(chǎng)傾斜也會(huì)立即抑制它。然而，在這些條件下，經(jīng)歷這些量子相變的不是單個(gè)磁矩，而是廣泛的磁區(qū)，即所謂的鐵磁疇。磁疇構(gòu)成指向同一方向的整個(gè)磁矩島。研究人員使用球形樣品進(jìn)行精密測(cè)量。這使他們能精確研究磁場(chǎng)方向微小變化時(shí)的行為。

研究人員解釋說，他們發(fā)現(xiàn)了一種全新類型的量子相變，其中糾纏發(fā)生在數(shù)千個(gè)原子的規(guī)模上，而不僅僅是在幾個(gè)原子的縮影中。如果將磁疇想象成黑白圖案，那么新的相變會(huì)導(dǎo)致白色或黑色區(qū)域變得無限小，即形成量子圖案。

研究人員稱，新量子相變的發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究材料中的量子現(xiàn)象以及新應(yīng)用具有重要的基礎(chǔ)和參考框架價(jià)值。

總編輯圈點(diǎn)：

量子糾纏被稱為幽靈般的超距作用，在量子系統(tǒng)中，糾纏的量子即使相隔遙遠(yuǎn)，也能在瞬間相互影響；而量子疊加，則是指一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上，它可以同時(shí)既有且無，直到被觀測(cè)，所有可能性坍塌為一個(gè)確定的結(jié)果。一般來說，科研人員都是在極小尺度上觀察到量子的這些神奇行為，但本文中，科學(xué)家在更大尺度上觀察到了量子糾纏。它能幫助我們更好地理解氟化鈥鋰的量子特性，或許人們也能由此發(fā)掘出一種新的寶藏材料。