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材料的特性主要取决于电子与其环境的交互作用,导电性便是其中的一个例子:电子与周边材料的原子碰撞,激发出声波,即所谓的声子,通过这样的振动,电子发出能量,并减速形成电阻。但在某些被称作超导体的材料中,与声子的交互作用也可以导致全部电阻消失。

最适合系统地研究这个过程的是单个电子。为此斯图加特的物理学家研究了一个接近绝对零度的超冷原子云,一个玻色-爱因斯坦凝聚。其中的想法很简单:利用电子天然受一个正电原子核束缚、围绕着其椭圆轨道旋转的事实,来替代技术复杂的电子陷阱,这些轨道要比纳米小很多。

为使一个电子与很多原子产生交互关系,科学家们利用激光激发拥有10万原子的云中的一个原子,导致一个电子的轨道膨胀到好几个微米,由此产生一个所谓的里德伯原子。在里德伯原子内部有数万个来自冷云的其他原子,同时电子也被锁定在一个确定的体积中,但又不影响它和大量原子互动。这种交互作用如此强烈,整个原子云都明显受到这个电子的影响。受制于这个电子的量子态,原子云中的声子被激发,作为云的集体振动得到测量,还有陷阱的原子损失等等。