作者:斯坦福大学泰勒·久保田
产生第一个有声音的光学晶格的系统的图示
光通过三个光源被泵入——包括通过一个数字反射镜装置——并产生一个可以振动的超固体原子(橙色)
学分:列夫实验室 当声音在20世纪20年代首次被纳入电影时，它为电影制作人打开了新的可能性，比如音乐和口语对话
由于斯坦福大学开发的一种新设备，物理学家可能正处于类似革命的边缘，这种设备有望给以前沉默的量子科学实验带来音频维度
特别是，它可以给一种被称为光学晶格的普通量子科学装置带来声音，这种装置使用纵横交错的激光束网格，以类似晶体的有序方式排列原子
该工具通常用于研究具有重复几何形状的固体和其他物质相的基本特征
然而，这些格子的一个缺点是它们是无声的
应用物理学和物理学副教授本杰明·列夫(Benjamin Lev)说:“没有声音或振动，我们就错过了真实材料中存在的一个至关重要的自由度。”他在2011年第一次来到斯坦福时就将目光投向了这个问题
“就像做汤忘了盐；它真的带走了量子汤的味道
" 经过十年的工程和基准测试，列夫和来自宾夕法尼亚州立大学和圣
安德鲁斯制造了第一个包含声音的原子光学晶格
这项研究发表于11月11日
自然中的11
研究人员设计了一个非常精确的空腔，将晶格固定在两个高反射镜之间，这样原子就可以通过在反射镜之间来回反射的光粒子或光子“看到”自己重复数千次
这种反馈导致光子的行为类似于声子——声音的组成部分
列夫说:“如果有可能把你的耳朵放在原子的光学晶格上，你会听到它们在1千赫左右的振动。”
有声音的超级固体 以前的光学晶格实验是默默无闻的事情，因为它们缺乏这种新系统的特殊弹性
Lev，年轻的研究生Sarang Gopalakrishnan——现为宾夕法尼亚州立大学物理学助理教授和论文的合著者——和Paul Goldbart(现为石溪大学的pro vost)提出了这个系统的基础理论
但这需要与乔纳森·基林——一位圣路易斯大学的读者——的合作
安德鲁斯和论文的合著者，以及多年来建造相应设备的工作
为了建立这个装置，研究人员用超冷的铷量子气体填充了一个空的镜腔
就其本身而言，这是一种超流体，这是一种物质相，原子可以在其中无阻力地旋转流动
当暴露在光线下时，铷超流自发地重新排列成超固体——一种罕见的物质相，同时显示出晶体中的有序性和超流的非凡流动性
真空室内部的空腔视图，在顶部和底部可以看到两个超反射镜
学分:列夫实验室 将声音带入空腔的是两个间隔很小的凹面镜，它们的反射率很高，只有1%的几率会有单个光子穿过它们
这种反射率和装置的特定几何形状——曲面镜的半径等于它们之间的距离——导致被泵入腔中的光子超过10，000次通过原子
这样，光子与原子形成一种特殊的紧密结合，迫使它们排列成一个晶格
“我们使用的空腔在镜子之间来回反射的光的形状方面提供了更大的灵活性，”列夫说
“这就好像，你不再被允许在一个水槽里制造一个单一的波浪，你现在可以四处飞溅制造任何类型的波浪图案
" 这种特殊的空腔允许超流体原子(超固体)的晶格四处移动，这样，与其他光学晶格不同，当被戳时，它可以自由变形，从而产生声波
为了启动通过柔性晶格的声子发射，研究人员使用一种称为空间光调制器的仪器来戳它，这使得他们能够对他们注入空腔的光的不同模式进行编程
研究人员通过捕捉光线的全息图来评估这是如何影响空腔内容物的
全息图记录了光波的振幅和相位，允许声子成像
除了调解有趣的物理现象之外，设备内部镜子的高曲率产生了一个高分辨率的图像，就像显微镜一样，这导致研究人员将他们的发明命名为“主动量子气体显微镜”
" 研究生和第一作者郭获得了Q-FARM研究金来支持这项工作，他领导了确认装置中存在声子的工作，这是通过发送不同模式的光，测量发出的光，并将其与戈德斯通色散曲线进行比较来完成的
这条曲线显示了包括声音在内的能量是如何通过晶体的；他们的发现与之相匹配的事实证实了声子和振动的超固态的存在
两种中的一种 Lev希望他的实验室——或许还有其他实验室——能够接受这项发明的许多方向，包括研究奇异超导体的物理和创建量子神经网络——这就是为什么该团队已经在致力于创建他们设备的第二个版本
列夫说:“翻开固态物理的经典教科书，你会发现很大一部分与声子有关。”
“而且，直到现在，我们还无法用使用原子和光子的量子模拟器来研究任何建立在此基础上的东西，因为我们无法模拟这种基本形式的声音
" 斯坦福大学的研究生罗恩·克罗伊兹和布兰登·马什也是这项研究的合著者
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