跳动城乡网基布尔-祖雷克(KZ)机制是物理学家汤姆·基布尔和沃伊切赫·祖雷克提出的理论框架。该框架主要描述系统经历非平衡相变时拓扑缺陷的形成。
首尔国立大学和韩国基础科学研究所的研究人员最近观察到了均匀且强相互作用的费米气体在转变为超流体时出现的 KZ 缩放现象。
他们的论文发表在《自然物理学》上，可以为进一步探索这一长期物理框架的实验工作铺平道路。
“超流体和超导性让物理学家着迷了近一个世纪，”论文合著者 Kyuhwan Lee 告诉 Phys.org。“它们是量子力学在大尺度上的美妙体现。
“粗略地说，当我们有许多相互作用的粒子，并且它们足够冷时，它们可以集体流动而没有任何阻力。一个自然而然的问题是，超流体是如何产生的，以及在从正常相(它们像大多数普通液体一样有阻力地流动)过渡到超流体相的过程中会发生什么?”
20 世纪 80 年代，祖雷克开始通过实验解决这个有趣的研究问题，并从基布尔最近的宇宙学框架中汲取灵感。祖雷克提出，探索物理系统相变到超流体的残余物将收集有关超流体起源的有趣见解。
“在我们的实验中，残余物是量子涡旋，一种具有量子角动量的旋涡流，”李说。“核心预测，现在也称为 KZ 缩放，是量子涡旋的数量应该与你通过超流体相变的速度呈幂律关系。
“相变速度越快，最终产生的量子涡旋就越多，因为超流体需要更少的时间来适应系统参数的外部变化。”
虽然 KZ 缩放适用于各种系统，包括超流体、铁电体、超导体、离子阱和里德堡原子阵列，但到目前为止，它主要在其中一些系统中被观察到。Lee 和他的同事进行这项研究的主要目的是观察费米超流体中的 KZ 缩放，到目前为止，这被证明是特别具有挑战性的。
“这里真正令人惊奇的是，我们观察到使用温度和相互作用强度作为两个不同的控制旋钮来预测的 KZ 缩放行为，”Lee 说。
6 Li 原子云。原子云的典型直径为 350 微米。图片来源：首尔国立大学的 Kyuhwan Lee
研究人员使用的样品是6 Li原子云，冷却至极低温度(即几十纳开尔文)。他们的样品具有独特的结构，是使用空间光调制器 (SLM) 创建的。其结构由空间均匀的原子云组成，具有圆盘几何形状，直径约为 350 微米。
“为了观察 KZ 缩放行为，我们需要一个具有大面积的空间均匀样本，”Lee 解释道。“它必须是均匀的，因为我们希望超流体相变同时发生在整个样本中。
“如果存在不规则性，相变在不同位置发生的时间就会不同，这使得观测结果很难与理论预测相比较。我们还希望它很大，这样我们就可以观察到大量的量子涡旋，并避免有限尺寸效应。”
