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当光子被散射时，光子反冲会改变原子的动量q（红色箭头）。图片来源：物理学家组织网

科技日报实习记者 张佳欣

美国麻省理工学院—哈佛大学超冷原子中心研究人员最近首次在超冷气体中观察到玻色子增强的光散射。该发现发表在《自然·物理学》上，或为玻色子系统的研究开辟新的可能性。

玻色子是粒子的两个基本类别之一，一直是无数物理学研究的焦点。当玻色子粒子转变到已被占据的最终量子态时，这种转变的速度会因其所谓的“占位数”而增加，这种效应被称为玻色子激励。玻色子激励在光散射过程中的出现是在30多年前首次预测的，但到目前为止，在实验环境中直接观察它具有挑战性。

简而言之，如果人们对理想的玻色气体进行微扰照射，并在接近量子简并时观察到散射光的增强，这将是玻色增强的“确凿证据”。研究人员表示，对于玻色子来说，转变为已经占据的量子态的速率被它的占位数提高了，这就是玻色子激励的效果。

为了进行实验，研究人员准备了一个高密度的超冷23Na气体云。然后，他们向它照射一束光，并测量了来自该系统的散射光子的数量。结果发现，在系统转变为玻色—爱因斯坦凝聚态之前，光子的散射就已增强。然而，这种增强在相变点以下变得更大，这是理论预测在玻色子激励存在的情况下会发生的情况。

此外，实验还表明，对于单一内部状态下制备的多能级系统，玻色子增强只发生在瑞利散射中，而不发生在拉曼散射中。

这项研究首次提供了玻色子激励原子—光在超冷气体中散射的实验证据。该团队的观察展示了量子统计和相互作用如何改变玻色气体的光学性质。

研究人员表示，理解光散射过程中量子统计、相互作用和相变之间的相互作用对于使用光学方法对玻色子系统进行定量诊断至关重要。

在接下来的研究中，研究人员还希望利用光散射来表征强相互作用系统，包括具有各向异性和长距离的强偶极相互作用的系统。这可能会促进目前对这些强相互作用系统的理解，同时也有助于为验证理论预测提供重要的实验数据。