德國馬普學(xué)會(huì)量子光學(xué)研究所的科學(xué)家完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將原子排列在光學(xué)柵格點(diǎn)陣中，這些原子通過“精確”的擾動(dòng)偏離平衡狀態(tài)，通過觀測其動(dòng)力學(xué)行為，獲得這些處于光學(xué)柵格中相互間有相互作用的單個(gè)原子的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，首次實(shí)現(xiàn)固體中相互關(guān)聯(lián)原子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為模擬研究。 

據(jù)科學(xué)家們，可將光學(xué)柵格想象為由激光形成的裝雞蛋的箱子，它是利用激光形成的一種特殊構(gòu)造，其中有按照一定周期有規(guī)律出現(xiàn)的“凹穴”，在每個(gè)“凹穴”中可以“放置”一個(gè)原子，尤如在雞蛋箱的每個(gè)“凹穴”中放置一枚雞蛋。一旦原子處于這樣的結(jié)構(gòu)中，其行為將與在自然狀態(tài)下一致，可以對(duì)其進(jìn)行精確的測量，而這種測量在自然狀態(tài)的固體物質(zhì)中是無法進(jìn)行的。通過精確測定，可以研究復(fù)雜的量子系統(tǒng)如何進(jìn)入平衡態(tài)，溫度是如何出現(xiàn)，典型的量子系統(tǒng)如何隨時(shí)間轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)相互作用的多粒子系統(tǒng)，系統(tǒng)如何在原子間相互作用下形成平衡狀態(tài)，好比可以觀察到原子如何“入睡”的過程。 

科學(xué)家們認(rèn)為，該項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)物理學(xué)中古老而又具有重大意義的基礎(chǔ)性問題給出了一些重要的新認(rèn)識(shí)和解答。比如說，可以解釋為什么偏離平衡狀態(tài)的系統(tǒng)可以恢復(fù)其平衡狀態(tài)，物質(zhì)的物態(tài)如溫度等是如何產(chǎn)生的。原子是構(gòu)成物質(zhì)的基礎(chǔ)單元，其大小只有千萬分之一毫米，遠(yuǎn)小于可見光的波長，肉眼不能觀測到，在固體中這些微小粒子大多數(shù)呈有序排列狀態(tài)，氣體中則呈無序狀態(tài)。不論原子處于什么聚集狀態(tài)下，人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中一般僅能見到由大量原子集合構(gòu)成的宏觀物質(zhì)。因?yàn)樵谠�子尺度上的自然�?guī)律是“量子律”，在量子世界起作用的規(guī)律與我們?nèi)粘Ｊ澜缤耆�不同，從人們的直覺來看是無法解釋并且是佯謬的。例如在量子世界，要指出原子的精確位置，就是沒有意義的事情，再比如宏觀世界非常自然的“溫度”概念，在微觀世界如何解釋就是一件并非簡單的事情，物理基本方程中對(duì)溫度并沒有給出定義。因此，人們認(rèn)為研究單個(gè)原子的行為是很難想象甚至是荒唐的，這一首創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)將使一情況根本改變。    

同時(shí)，科學(xué)家認(rèn)為，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果可以為研究密集強(qiáng)相互作用多粒子體系提供新手段，形成“量子模擬”的新方法，比傳統(tǒng)的模擬計(jì)算法要功能強(qiáng)大很多。目前研究交互作用多粒子體系，通常通過超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算，運(yùn)行時(shí)間長達(dá)多個(gè)星期，并且已經(jīng)達(dá)到其能力的極限。該項(xiàng)研究在理論分析和超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算方面得到德國慕尼黑大學(xué)和柏林自由大學(xué)科學(xué)家的支持。