MIT科學家首度捕捉「自由漂浮」原子影像 揭開量子世界神秘面紗

麻省理工學院的物理學家們創造了歷史性突破！他們成功拍攝到原子在空間中自由互動的首張影像，這些影像揭示了過去僅存在於理論預測中的量子關聯現象。這項突破性技術為研究前所未見的量子現象開闢了新途徑。

研究團隊採用獨特的「原子解析顯微術」：首先讓原子自由移動與互動，接著啟動由光構成的晶格，在瞬間凍結原子動作。同時，另一套雷射系統會照亮這些原子，在它們恢復移動前完成影像捕捉。這項創新技術就像為量子世界按下「暫停鍵」，讓科學家得以觀察微觀尺度下的原子行為。

實驗中使用兩種原子氣體——鈉原子與鋰原子，它們展現出截然不同的量子特性。鈉原子表現出玻色子行為，意味著多個粒子可以處於相同量子態，形成單一量子波；而鋰原子則呈現費米子特性，每個量子態只能容納一個原子。有趣的是，強相互作用下的鋰原子會像超導體中的電子那樣形成配對。

主導研究的Martin Zwierlein教授興奮表示：「我們不僅能觀察這些迷人原子雲中的單個原子，更能見證它們之間的互動關係，這簡直美極了！」團隊成功追蹤到玻色子量子波，這項發現有助解釋物質的波動性質，如玻色-愛因斯坦凝聚態。同時，首次直接觀測到費米子的理論預測行為（如配對現象），堪稱量子研究領域的重大革命。

共同作者Richard Fletcher助理教授強調：「這種配對現象原本只是解釋實驗的數學建構，但當你看到這些影像時，就像把數學世界中的發現具象化。這完美印證了物理學研究的本質——我們探討的是真實存在的物質。」

研究團隊下一步將探索更奇特的量子霍爾物理現象。由於這些現象目前仍難以理解，在類似條件下直接觀察原子行為，或許能揭示基本粒子在這些特殊狀態下的真實表現。這項由研究生Ruixiao Yao、Sungjae Chi和Mingxuan Wang共同參與的研究，已發表於《物理評論快報》，同期還刊載了其他團隊運用的類似技術。