量子雨降臨！超冷原子揭開液態神秘面紗

在一項突破性的實驗中，物理學家首次在量子氣體中觀察到經典的液體現象——毛細不穩定性。研究團隊將鉀和銣原子混合冷卻至接近絕對零度，創造出即使在氣相狀態下仍表現出液體特性的自束縛微小液滴。當這些量子液滴被拉伸時，會分裂成更小的液滴，就像水流斷裂成水滴的過程。

這項由義大利國家光學研究所（CNR-INO）、佛羅倫斯大學與歐洲非線性光譜實驗室（LENS）共同進行的研究，在極稀薄的量子氣體中觀察到著名的流體現象。這項發現刊登於《物理評論快報》（Physical Review Letters），並獲得波隆那大學、帕多瓦大學及巴斯克大學（UPV/EHU）科學家的協助。

在古典物理中，表面張力源自液體分子間的內聚力，使液體傾向最小化表面積。這種效應解釋了雨滴形成、肥皂泡等日常現象，也是毛細不穩定性（又稱普拉託-瑞利不穩定性）的成因。理解這個過程對工業設計、生物醫學到奈米科技等領域都至關重要。

當原子氣體被冷卻至接近絕對零度時，它們開始遵循量子力學規則運作。在某些條件下，這些超冷氣體會表現出類似液體的行為，儘管技術上仍處於氣相狀態。近年來，科學家已能精確調控原子間相互作用，創造出自束縛的類液體液滴。

研究團隊負責人Alessia Burchianti（CNR-INO研究員）運用成像與光學操控技術，觀察鉀銣原子混合物形成的單一量子液滴動態演化。釋放在光波導中的液滴會延伸形成細絲，超過臨界長度後便會斷裂成更小液滴，其數量與斷裂時細絲長度成正比。

「普拉託-瑞利不穩定性是古典液體中的常見現象，在超流態氦中也曾觀察到，但從未在原子氣體中發現。」參與研究的佛羅倫斯大學研究員Chiara Fort表示。論文第一作者Luca Cavicchioli（CNR-INO研究員）補充：「我們的實驗測量讓人們更深入理解這種特殊液相，並為未來量子技術應用開闢了創造量子液滴陣列的新途徑。」

這項研究獲得義大利大學與研究部三項計畫支援，資金來自歐盟#NextGenerationEU計畫下的國家復甦與韌性計畫（PNRR），包括QUANTAMI-PRIN 2022計畫、國家量子科技研究所（NQSTI）合作夥伴關係，以及光子與量子科學整合基礎設施計畫（IPHOQS）。