20年老的假说被确认: 电子冷却到接近绝对零度会显示出它们的量子本质！

我们终于可以把东西看得更清楚。

科学家已经发现，电子冷却到接近绝对零度会造成它们的速度下降得很多，以至于可以个别研究它们，使我们能够以全新的详细程度来看这个世界。

在这些温度下，电流停止流动。取而代之的是，电子滴流穿越导体，就好像是在沙漏中的砂粒。最后，显露出它们的量子态，而且允许我们一次一个地研究它们。

来自德国马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)的首席研究员Christian Ast说：“这些极低温打开了意想不到的大量细节。”

电子是奇怪的次原子粒子，它们形成原子，构成我们周围的世界和电流。但即使我们知道了很多有关于它们以及它们如何运作，它们是非常难以让我们真正地钉牢，以便于进行研究。

这是因为当电流流动时，不可能区分个别电子。就像水一样，当水从水龙头流出时，感觉它是同质的(或所有都是同一种介质)，并且不可能区分个别的水分子。

类似地，流动的电流感觉就像是一个单一媒介，而且科学家无法区分电流中的个别电子，即使量子力学说他们应该存在。

这意味着我们也不是真正了解电子在个别层级上的行为，这限制了我们对我们周围世界的理解。

但现在研究人员终于设法将电子减速到足以显露出它们的量子状态，这个状态是在隔绝的量子系统内单独实体的理解。

换句话说，当电子流经导体时，他们把电子减速到足以研究个别的电子。

为此，这个团队把扫描穿隧显微镜(scanning tunnelling microscope)冷却到绝对零度以上的千分之十五度，这是大约摄氏-273.135度(华氏-459.65度)。

扫描穿隧显微镜的工作原理是透过在样品表面上操作一个小的尖点但不实际接触到样品，激发电流从尖点流入样品。

在正常温度下，该电流相当的小，我们所说的是低于十亿分之一的电流流经100瓦灯泡。但即使在这么小的电流，每秒仍有数十亿个电子在流动，而科学家不可能区分个别电子。

直到这个团队将显微镜冷却到几乎绝对零度，他们终于能够看到电流是由个别的电子所组成;它变成了颗粒介质。

在这个低温下，它们能够在显微镜记录的电气反馈(electric feedback)中，侦测出新的且意想不到的结构。

Ast说：“只要假设穿隧电流是颗粒介质而且不再是同质的，我们就可以解释这些新结构。”

这项发现最终可以证实一个发展超过20年的理论假说，认为这类型的检查是可能的。

研究人员之一、来自乌尔姆大学(University of Ulm)的Joachim Ankerhold说：“这个理论的基础是在1990年代初开发的。”

“现在，有关它在应用于扫描穿隧显微镜的概念与实际问题已经解决，很高兴看到理论和实验是一致的。”

这不是第一次电子显露它们的量子本质，它们已经像量子点(quantum dot)一样，一次一个地通过事物;但这是第一次扫描穿隧显微镜被看到达到量子极限。

研究人员希望这种能力导致在量子世界的新发现，而且Alt说：“将让我们更能够了解超导性与光物质的互相影响。”

毕竟，我们越能理解物质本身，我们就越能理解宇宙。

这项研究发表于自然通讯期刊(Nature Communications)。