最新观察：一个微型宇宙显示，粒子可能会从真空中出现

一项史无前例的用超冷钾原子模拟宇宙的实验表明，在一个弯曲的、膨胀的宇宙中，一对对粒子会从真空中冒出来

源自： 物理学 2022年11月9日 文章 作者: Karmela Padavic-Callaghan

从极冷的钾原子中创造出了一个微小的、不断膨胀的宇宙的类似物。它可以用来帮助我们理解那些极其难以直接探测到的宇宙现象，比如当宇宙膨胀时，可能从真空中产生的粒子对。

德国海德堡大学的马库斯·奥伯塞勒(Markus Oberthaler)和他的同事在真空中冷却了2万多个钾原子，他们使用激光减慢它们的速度，并将它们的温度降低到约60纳开尔文(即绝对零度以上的60亿分之1开尔文)。

在这个温度下，原子形成了一团人类头发丝宽度的云，它们并没有结冰，而是变成了一种量子的、类似流体的物质相，称为玻色-爱因斯坦凝聚态。这个阶段的原子可以通过对它们的照射来控制——使用一个微型投影仪，研究人员精确地设置原子的密度、在空间中的排列以及它们相互施加的力。

通过改变这些特性，该团队使原子遵循一个被称为时空度规的方程，该方程在一个真实的全尺寸宇宙中决定了它的弯曲程度、光的传播速度以及在大质量物体附近必须弯曲多少光。Oberthaler说，这是第一个用冷原子模拟弯曲膨胀的宇宙的实验。

当研究人员用他们的投影仪让原子模拟膨胀的宇宙时，原子以一种波纹模式移动，这正是成对粒子突然出现时所预期的——这种现象被称为粒子对产生。研究人员表示，这表明粒子对可以在膨胀的宇宙中产生，就像我们自己的宇宙一样。西班牙巴塞罗那自治大学的Alessio Celi说，新实验是将量子效应和引力结合在一起的一个非常精确的平台。他说，物理学家不太清楚这两者在我们所生活的宇宙中是如何结合的，但用超冷原子进行的实验可能会让他们尝试一些想法，并可能激发在我们更大、更复杂的宇宙中进行观察的新目标。

德国耶拿大学的Stefan Floerchinger是研究团队的一员，他说，未来用同样的系统进行的实验可能会更好地理解我们宇宙的量子特性。