新的玻色爱因斯坦凝聚态系统，在实验室里就能模拟膨胀的宇宙

宇宙膨胀对于我们理解和认识宇宙具有重要的意义，然而，我们对于宇宙膨胀的认知十分有限，因为在实验室中模拟一个膨胀的宇宙实在是有些困难的事。另一方面，冷原子可被用于仿真那些实验中难以实现的系统，比如超固体、超导体或黑洞。

现在，马里兰大学的 Gretchen Campbell 和她的同事表示，玻色爱因斯坦凝聚（BEC）的快速膨胀令人们联想起了宇宙在膨胀过程中的一些特性。

他们认为，其BEC系统可用来作为基于实验室的宇宙理论测试平台。 

该成果的背后是基于以下联系：BEC对于声子（物质或声波的量子化振动）来说事真空的，就如同宇宙对于光子（光的量子化粒子）是真空的一样。通过探索这个联系背后的物理机理，或许可以帮助人们更好的了解和认识我们的宇宙。

Campbell和她的同事首先将数十万²³Na原子冷却到BEC状态，然后利用激光来将BEC囚禁在环形的势阱中。他们随后在数十毫秒的时间内将环形势阱的半径增大了4个数量级，导致束缚在势阱内的BEC以超声速膨胀。通过对扩散过程中和扩散后的BEC进行成像，团队测量了BEC各参数，如BEC密度，在BEC中传播的声子的幅值和频率，随时间的演化。

测量结果显示，观察到的BEC膨胀与宇宙的膨胀具有三个相似的特性。第一，BEC的声子波长在扩散的过程中增加，与天文学中著名的红移效应相似。第二，BEC的动态特性只能通过加入一个阻尼效应来准确的建模，这与著名的哈勃摩擦（Hubble friction）理论类似。哈勃摩擦作为一种无损摩擦，常被用在宇宙膨胀建模中。最后，在BEC膨胀的过程中，存在一个能量转移的过程，能量从BEC均匀的径向激发态转移到局域化的漩涡和声子中，加热了BEC。

文章作者推测，这个能量转移过程与宇宙早期的“预加热”阶段相似：趋势扩散的均匀场能量衰减到众多的激发过程中，后者加热了宇宙。

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编辑：Alex