在一項開創性的實驗中，物理學家首次在量子氣體中觀察到了經典的液體現象——毛細管不穩定性。通過將鉀原子和銣原子的混合物冷卻至接近絕對零度，研究人員創造了微小的自結合液滴，它們雖然仍處於氣相狀態，但行為卻與液體相似。拉伸時，這些量子液滴會分裂成更小的液滴，類比水流分解成液滴的過程。

在國家光學研究所 (CNR-INO) 的量子混合實驗室中，來自 CNR、佛羅倫薩大學和歐洲非線性光譜實驗室 (LENS) 的研究人員在一種不尋常的介質——超稀量子氣體中觀察到了一種眾所周知的流體現象——毛細管不穩定性。

這一發現為物質在極端條件下的行為提供了新的見解，並可能帶來操控量子流體的新方法。這項研究發表在《物理評論快報》上，博洛尼亞大學、帕多瓦大學和巴斯克地區大學（UPV/EHU）的科學家也參與了這項研究。

在經典物理學中，表面張力源於液體分子間的內聚力，使液體的表面積最小化。這種效應是雨滴和肥皂泡等日常現象的成因。表面張力還會導致毛細管不穩定性（也稱為普拉托-瑞利不穩定性），即細小的液流分解成液滴。理解這一過程對工業設計、生物醫學和納米技術等領域都至關重要。

實驗的數值類比再現了量子液滴的破碎動力學。圖片來源：CNR-INO

當原子氣體被冷卻到接近絕對零度時，它們的行為開始遵循量子力學規則。在某些條件下，這些超冷氣體可以像液體一樣運作，即使它們嚴格來說仍處於氣相。近年來，科學家們已經掌握了如何精確調節原子間相互作用，從而創造出自結合的類液體液滴。這些液滴由量子效應穩定，並具有與經典液滴相同的一些特性。

由Cnr-Ino研究員Alessia Burchianti領導的實驗團隊利用成像和光學操控技術，研究了由超冷鉀原子和銣原子混合物產生的單個量子液滴的動態演化。液滴在光波導中釋放，並伸長形成細絲，當超過臨界長度時，細絲會分解成更小的液滴。子液滴的數量與細絲斷裂時的長度成正比。

“通過結合實驗和數值類比，我們能夠用毛細不穩定性來描述量子液滴的破碎動力學。普拉托-瑞利不穩定性是經典液體中的常見現象，在超流氦中也觀察到了，但在原子氣體中尚未發現。” 參與這項研究的UNIFI研究員Chiara Fort說道。“我們實驗室進行的測量深入瞭解了這種特殊的液相，併為創建量子液滴陣列開闢了道路，未來可用於量子技術。” 本文第一作者、Cnr-Ino研究員Luca Cavicchioli補充道。

編譯自/ScitechDaily