2026年9月14日——在诺贝尔奖得主 Hans Bethe 预测它们近一个世纪之后，由量子物理学家 Hanns-Christoph Nägerl 领导的一个团队在超冷原子中观测到了所谓的“Bethe 弦”。这种超冷气体为进一步研究这些量子多体态提供了理想平台。

1931年，物理学家 Hans Bethe 预测，在某些一维量子系统中，粒子可以结合在一起，形成被称为 Bethe 弦的多粒子态。与由化学键结合在一起的普通分子不同，Bethe 弦完全源于粒子之间的相互作用，并且只存在于一维中。几十年来，Bethe 弦主要仍是一个理论概念。如今，在 Bethe 做出预测近一个世纪之后，来自因斯布鲁克大学的研究人员与阿姆斯特丹大学 实验物理系 和慕尼黑工业大学的理论团队合作，在超冷气体中创造并观测到了这些多粒子束缚态。他们的研究结果发表在 Nature Communications 上。

实验始于一团铯原子，其温度被冷却到仅比绝对零度高十亿分之几度。然后，研究人员将这团原子云分成数千个狭窄的一维管。在这些管内，原子基本上只能沿单一方向运动。原子之间的相互作用可以被精确控制。通过将原子之间的相互作用从排斥调节为吸引，他们可以使原子结合在一起。原子不会简单地坍缩，而是形成大小不同的束缚态，包括包含六个或更多粒子的更大团簇。

研究人员随后提出了一个简单的问题：如何判断这些粒子确实结合在一起？“最简单的实验之一是让弦膨胀，”主要作者之一 Milena Horvath 说。首先，研究人员让原子膨胀，同时将它们限制在一维管中。当它们移动时，弦会发生碰撞，但保持完整。“这是弦的一个显著特征：它们可以在不分裂的情况下碰撞，”Milena Horvath 说。第二步，研究人员解除限制，让原子在三维空间中自由膨胀。由于 Bethe 弦只能存在于一维中，这种突然变化会导致束缚态解体。将粒子束缚在一起的能量被转化为运动，使原子更快地飞散。两种膨胀之间的差异为 Bethe 弦提供了清晰的标志。对于未束缚的粒子，就像在排斥相互作用区域中那样，两次测量给出的能量基本相同。然而，当弦存在时，三维膨胀会携带束缚态解体时释放的额外能量。

“Bethe 弦在大约一个世纪前被预测出来，是量子多体系统优美数学描述的一部分，”另一位主要作者 Sudipta Dhar 说。“现在我们可以在实验室中创造它们，操纵它们，让它们碰撞，并探测它们非凡的碰撞稳定性。” Bethe 弦也已在固态磁系统中通过实验观测到。目前这项工作将这些不寻常的量子束缚态带入了一个不同的环境：超冷原子气体，其中系统几何结构、粒子密度和相互作用都可以以极高的精度控制。“这为研究这些集体量子对象如何形成和相互作用开辟了新的可能性，”首席理论学家 Alvise Bastianello 说。