超流体与玻色-爱因斯坦凝聚
量子化涡旋
/ KWON-tyzed VOR-teks /
拔掉浴缸的塞子,看着水旋成一个小漩涡。旋得越快,中间的凹陷就越陡。在普通水里,这股旋劲可以是任意强度——温柔的、猛烈的、其间的任何程度都行。超流体却严苛得多:它一旦打旋,就只许以固定、等同的“份”来旋。
量子化涡旋,就是超流体里这种被允许的漩涡之一。由于整个液体共享着同一道量子波,绕任一漩涡转动的“环量”便不能取任意值;它只能是恰好一个量子那么多,或恰好两个、三个,其间没有别的。每个涡旋都是一条细线,一个微小的孔,在那里超流体本身稀薄到零,而液体以一个精确设定的速率绕着它飞奔。把容器转得更快,超流体并不会平滑地加速;它反而会冒出更多的涡旋,每一个都带着同样标准的一份旋劲。
量子化涡旋之所以重要,是因为它们是液体底下那道量子波的直接、可数的证据,而且会自行排成整齐的点阵,让研究者拍下照片。一个常见的误解是把涡旋当成像浴缸下水口那样的一个表面凹坑;其实这里真正的要点是量子化——旋劲只以整步出现这件事——而且这是一条严格的规则,并非近似。
旋转一小皿玻色凝聚的原子,会冒出一排整整齐齐的三角形涡旋阵列,每一个都是一股微小的龙卷,带着恰好相同的一份量子旋劲——加大转动,你得到的是更多的点,而绝不是更大的点。
转动中的凝聚体里布满了完全相同的量子化涡旋,排成一个点阵。
同样的量子化也出现在超导体里,化作磁通涡旋——在那里,只以固定量子步出现的是磁通量,而非液体的流动。
又称
另见