等了40年，物理学家终于看到量子临界点的能量阶梯

量子物理里常有这种情形：理论先跑，实验在后面追。这一次，追了大约40年。据 ScienceAlert 报道，由加州理工学院研究人员牵头的一个国际团队，首次在实验中观测并测量了共形场论（CFT）所预言的能量模式。相关研究发表在《自然》上。共形场论听起来抽象，它处理的是物理学家所说的“普适性”背后的数学。所谓普适性，就是不同材料在关键临界点附近会表现出相似行为——比如水沸腾，或者磁铁失去磁性。1984年，物理学家约翰·卡迪用共形场论预测：处在临界点的系统会以特定、固定的模式吸收能量。研究者把这些能量模式比作梯子上的横档。在此之前，这把“梯子”只存在于理论中，从未被真正观测或测量过。

实验是在一台量子模拟器里完成的，它有点像一台简化、定制的量子计算机。研究人员用激光捕获并排列锶原子，再用另外的激光把原子激发到高能态，也就是里德伯态，从而增强原子之间的相互作用。当这串原子在强相互作用下表现得像一个整体后，团队把它调到接近临界点的状态。此时用不同频率调制激光去“摇动”原子，能量阶梯的“横档”就显现了出来。加州理工学院的物理学家项凯·孙（音译）说，他们在最多35个原子的链上重复实验，结果与伊辛共形场论的预测一致：按尺寸重新标度后，能谱落在同一条普适曲线上。随后他们又调到三临界点，测量了其独特能谱的最低能级，结果也符合理论预测的不同比例。理论物理学家杰森·阿利塞亚说，这些理论预言能级之所以重要，是因为它们编码了关于理论本身的深刻信息。“虽然我们相信这些理论是对的，但有一个能去戳一戳、推一推的实验实现仍然很重要。看到那些预言被证实，是一件很美的事。

” 这项研究除了验证共形场论和卡迪的工作，还说明量子计算机的部件在完整量子计算机到来之前，就已经能用于科学研究。同一实验室的相关量子平台最近能把6100个原子捕获成阵列，远超这次所需的35个。未来研究可能不只看单条原子链，还会看原子组成的网格。孙表示，他们的新工具借用了量子计算平台，“过去10年，人们一直在学习控制这些系统，现在我们已经可以用它们来做基础物理研究。” 对国内读者来说，这件事有意思的地方或许在于：它既是一次迟来40年的实验验证，也像是量子计算技术“顺手”给基础物理递上的一次新尺子。而且这把尺子的好处是，不需要事先知道答案——正如加州理工学院的物理学家曼努埃尔·恩德雷斯所说，下一步可以把它对准那些没人知道系统会如何定量响应的体系，包括经典计算机也够不着的区域。（来源：ScienceAlert）