【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】亚稳态现象是一种系统处于稳定而非能量最小的状态，在自然界和技术中得到了广泛的观察。然而有关这些系统的行为和动力机制的许多方面仍未被探索。苏黎世ETH的物理学家们现在已经展示了一个很有希望的平台，可以在一个基本的层面上研究亚稳态，使用一种由成千上万个原子组成的精细控制的气体。例如在雪崩之前，山坡上的积雪会被积雪覆盖，而大分子中的化学键会在适当的活化过程中发生剧烈变化——这种系统会在一种状态下长期存在，然后迅速转变为另一种更积极的状态。亚稳态的几个方面是很容易理解的，但具体来说，从一个状态到另一个状态的交换动力学仍然是未知的，因为很少有工具可以直接监测这些过程。
由Hubry等人所使用的实验装置的细节，以研究量子多体系统的亚稳态和雪崩动力学。图片版权：ETH Zurich/D-PHYS Heidi Hostettler
在量子电子研究所的Tilman Esslinger小组的Lorenz Hruby和他的同事们在一个非常基本的层面上解决了这个问题，他们在本周发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志上的一篇论文中报道了这一问题。他们在一个人造的量子人体系统中创造了亚稳态，这是一种原子气体，其基本的量子特性是已知的，并且它们的行为可以具有很高的精确度和灵活性。在这个系统中，Hruby等人观察到两个亚稳态的状态，其特征是原子的有序排列，这让人想起了大分子可以采用的独特结构。重要的是成功地实时监测了这两种状态之间的气体交换情况。发现在交换过程中，几千个原子通过量子隧穿在时间尺度上，单个粒子改变它们的位置。
作为“隧道雪崩”的触发点，研究小组确定了原子气体表面的过程。通过对实验观测与理论模型的比较，确定了开关时间尺度是由原子本身的相互作用而非外部控制参数来确定的。这一过程的核心是研究人员让原子在短(原子)和长距离之间同时相互作用的能力。这使得粒子能够参与错综复杂的相互作用，从而在多种材料中产生引人入胜的特性，同时将系统的表面与核心结合起来。这项研究为物质的亚稳态和在这些状态之间转换的过程提供了基本的见解。在这些实验中所显示的高度控制，以及与理论模型比较实验结果的可能性，可以为研究亚稳态的动力学和相关的过程提供一个通用的平台。
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参考：美国国家科学院院刊
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：ETH Zurich
编译：光量子
审校：博科园
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