麻省理工学院的研讨人员在室温下，使用钻石样品，观测到了单量子振荡。
依据经典物理学规律的观念，拨动吉他琴弦会让它发生振荡，像波相同上下移动。可是按照量子力学的理论，振荡不只表现为波的方法，还应该表现为粒子的方法。相同的吉他弦，从量子水平上调查时，需求引入声子的概念。
据《物理谈论X》杂志近来报导，美国麻省理工学院（MIT）和瑞士联邦理工学院（FIT）的科学家们首次于室温下在钻石样品中发明并调查到了单个声子。此前，单声子的调查只能在超低温、真空条件下且通过准确规划的微观资猜中进行。
声子，不只是量子力学中描绘振荡的单个粒子，也与热有相关。例如，当一个由有序晶格构成的晶体一端受热时，量子力学以为热量会以声子或分子键振荡的方法在晶体中传达。因为声子对热很灵敏，因而很难被勘探到。假如声子本身的能量较低，周围热量很可能会触发声子的团体激起，这会使单个光子的勘探像难如登天相同困难。
此前，虽然有研讨人员在超低温条件下，用特别规划的资料完成了单声子的测定。但MIT天体物理与空间研讨所博士后研讨员Vivishek Sudhir以为，科学家们应该脱节杂乱条件，将量子效应带到一般环境中。Sudhir说：“从某种意义上来说，这就像是让量子力学大众化。”
在这项新的研讨中，研讨人员挑选了钻石作为试验目标。在钻石中，声子的工作频率高达几十太赫兹，以至于在室温下，单声子的能量乃至高于周围的热能。Sudhir说：“当把这种钻石晶体放置在室温环境中时，因为没有满足能量激起，声子运动乃至不存在。”为了激起单个声子，研讨人员向钻石样品发射了第一道高频激光脉冲，期望激光脉冲中的某个光子能与声子发生相互作用后反射回来。为了破译被激起的声子数量，研讨人员发射了第二道激光脉冲。关于被第一道脉冲激起的声子，第二道脉冲可以使它“失活”。为了证明这一切，研讨人员设置了两个勘探器来捕捉与声子发生了相互作用的光子。
光子与声子相互作用的概率大约是100亿分之一。Sudhir等以每秒8000万次的脉冲对钻石进行了炮击。在数小时内，他们大约能勘探到100万次光子-声子的相互作用。最终，他们发现，在统计学意义上，他们可以发明和检测到单个量子振荡。
当Sudhir等发送第二道激光脉冲时，研讨人员进行了延迟了操作——在激起的声子能量开端衰减时才发射向钻石样品。由此，他们可以发现声子本身的衰变方法。Sudhir说：“咱们不只可以勘探单个声子的诞生，还能勘探它的衰亡。现在咱们可以说，咱们把握了声子在资猜中的持续时刻。这个数字很要害，假如衰亡时刻很长，那么这种资料就可能支撑相干声子。这类资料就能用于太阳能电池的热传输，以及量子计算机的互连。”
科界原创
编译：德克斯特
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来历：《物理谈论X》
期刊编号：2160-3308
原文链接：http://news.mit.edu/2019/single-quantum-vibration-normal-1007
