在物理學中，薛定諤貓寓意了量子力學中兩種最令人“敬畏”的效應(yīng)：糾纏和疊加。德國德累斯頓大學和慕尼黑大學研究人員現(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，物理學家報告稱在氟化鈥鋰(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)出量子力學特征，導致它們的性質(zhì)變得糾纏在一起(同時是黑色和白色)。

研究人員表示，著名的薛定諤貓現(xiàn)在有了“新皮毛”，因為他們在LiHoF4中發(fā)現(xiàn)了一個新的量子相變，這種相變是以前不知道的。

通常，量子力學定律只適用于微觀粒子，而團隊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)千個原子。在非常低的溫度下，LiHoF4充當鐵磁體，其中所有磁矩自發(fā)指向同一方向。如果施加一個與首選磁方向完全垂直的磁場，磁矩將改變方向，這就是所謂的波動。磁場強度越高，這些波動就越強，直到最終鐵磁性在量子相變處完全消失。這導致相鄰磁矩的糾纏。

研究人員此次觀察了改變磁場的方向時會發(fā)生什么。他們發(fā)現(xiàn)，量子相變繼續(xù)發(fā)生，而以前認為即使是最小的磁場傾斜也會立即抑制它。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磁矩島。研究人員使用球形樣品進行精密測量。這使他們能精確研究磁場方向微小變化時的行為。

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)千個原子的規(guī)模上，而不僅僅是在幾個原子的縮影中。如果將磁疇想象成黑白圖案，那么新的相變會導致白色或黑色區(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)和參考框架價值。

總編輯圈點：

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，也能在瞬間相互影響;而量子疊加，則是指一個量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上，它可以同時既有且無，直到被觀測，所有可能性坍塌為一個確定的結(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。(科技日報記者 張夢然)

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