中國科學技術大學科研人員潘建偉、姚星燦、陳宇翱等與澳大利亞科學家胡輝合作，首次在處于強相互作用（幺正）極限下的費米超流體中觀測到熵波衰減的臨界發散行為，揭示該體系存在著一個可觀的相變臨界區，并獲得熱導率與黏滯系數等重要輸運系數。該項工作為理解強相互作用費米體系的量子輸運現象提供了重要實驗信息，是利用量子模擬解決重要物理問題的一個范例。相關成果日前發表于《科學》。
80 多年前，朗道建立兩流體理論，預言熵或溫度會以波的形式在超流中傳播。因熵波的性質與傳統聲波類似，在傳播過程中逐漸衰減，又被命名為第二聲。研究第二聲的衰減行為，不僅能回答 “兩流體理論能否描述強相互作用費米超流的低能物理” 這一長期存在的問題，還能表征強相互作用費米體系在超流相變處的臨界輸運現象。
觀測第二聲的衰減，不僅需要制備高品質的密度均勻費米超流，還需要發展探測微弱溫度波動的方法，而這兩項關鍵技術一直未突破。
中國科學技術大學研究團隊經過 4 年多的艱苦攻關，突破兩項關鍵技術，搭建了一個全新的超冷鋰—鏑原子量子模擬平臺，實現世界領先的均勻費米氣體制備。在實驗中，研究團隊精確測量了熵波的衰減率，并且發現其衰減率只跟玻爾茲曼常數和普朗克常數有關。
基于技術基礎，研究團隊觀測到熵波在量子臨界區附件的發散行為，并標定出一個可觀的量子臨界區，它的大小比液氦超流體臨界區大約 100 倍。此次發現為利用該體系開展進一步量子模擬研究，從而理解強關聯費米體系中的反常輸運現象奠定了基礎。
《科學》審稿人對該項研究給予高度評價，稱該項工作展示了令人驚嘆的實驗杰作，有望成為量子模擬領域的一個里程碑。
（桂運安 王敏）
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https://doi.org/10.1126/science.abi4480
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