日常生活中的物理學 交通運輸解釋了事物如何從一個地方移動到另一個地方？電荷通過電線流動。熱量通過金屬傳播。水通過管道流動。在每種情況下，科學家都可以測量電荷、能量或質量在材料中移動的難易程度。在正常情況下，由於摩擦和碰撞，運動會減慢。這會產生阻力，削弱或最終阻止流動。
現在，維也納工業大學的研究人員發現了一個罕見的例外。在精心設計的實驗中，他們觀察到了一個物理系統，其中運輸根本沒有惡化。
極冷的氣體具有完美的流動性
該團隊限制了數千個銣原子，使它們可以沿著一條直線移動。它使用磁場和光場的組合。這種裝置創造了一種極冷的量子氣體，能量和質量在其中完美有效地移動。根據發表在期刊上的研究結果 科學儘管原子發生無數次碰撞，流動仍然保持穩定和不變。這一發現揭示了一種與普通物質中的傳輸方式截然不同的傳輸方式。
兩種基本的交通方式
“原則上有兩種截然不同的傳輸現象，”維也納工業大學原子研究所的 Frederik Møller 說道。 “當粒子自由移動並在兩倍的時間內移動兩倍的距離時，我們談論的是彈道輸運。這就像一顆子彈沿直線傳播。”
第二種稱為分佈式傳輸。當運動以隨機碰撞為主時，就會發生這種情況。熱傳導就是一個典型的例子。當較熱的粒子與較冷的粒子相互作用時，能量和動量逐漸減少。共享直至整個系統的溫度相同。
“這種類型的交通不是線性的，”莫勒說。 “如果你想走兩倍的距離，基本上需要四倍的時間。”
為什麼這個實驗中擴散失敗了？
維也納工業大學實驗中看到的行為並不遵循熟悉的模式。相反，它通過傳播而傳播。原子的流動仍然被明確定義。 “通過對原子電流的研究，我們發現擴散被完全抑制了，”莫勒說。 “氣體的行為就像一個完美的導體。儘管原子碰撞無數次，但質量和能量等量可以自由流動。不會擴散到系統中”
牛頓搖籃的量子版本
研究人員通過將其與牛頓搖籃進行比較來解釋這種效應。它是一種桌面設備，帶有一排懸掛的金屬球。當釋放球時，其動量會直接穿過球線並將遠側的球發送到外側。而其他孩子則幾乎一動不動。
“我們系統中的原子只能朝一個方向碰撞，”莫勒解釋道。他們的氣勢並未散去。但這只是碰撞的配對之間的交換。每個原子的動量都被保留。只能轉發。並且從未丟失過。 ”
為什麼氣體熱不平衡？
就像牛頓的搖籃一樣，這個原子系統中的運動持續不斷，不會減弱。能量和動量不斷地通過氣體傳播，而不是作為熱量消散。大多數材料都會發生這種情況。
“這些結果說明了為什麼原子云不會加熱。為什麼能量不按照熱力學的正常定律分佈？”莫勒說。 “在完全受控條件下研究輸運可以開闢新的方法來理解量子水平上阻力如何產生或消失。”
