（文章轉載自EurekAlert!，原刊於2025年4月17日）
由香港科技大學（科大）物理系曹圭鵬教授領導的國際物理學家團隊，最近在研究中首次在二維偶極超冷原子氣體中觀測到BKT相變，這項突破性研究對理解二維超流體在長程各向異性相互作用下的表現立下了新的里程碑。
在傳統三維世界中，由冰融化成水這類相變一般都遵循對稱性自發破缺規律。但早於1970年代便有前沿研究估計，二維系統中可能會發生一種獨特的拓撲相變——Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相變，這種機制中渦旋 ─ 反渦旋對的配對驅動超流性形成，而無需傳統對稱性破缺，這種相變過程強烈依賴相互作用。自此，這現象主要在具有短程各向同性接觸相互作用的各種量子系統中進行研究。
與傳統超冷氣體中的接觸相互作用不同，偶極相互作用能夠跨越整個系統，產生豐富的集體行為。研究團隊通過實驗證明了偶極相互作用如何改變BKT相變的臨界參數。
「偶極相互作用為量子多體現象帶來了新的維度。」領導該研究的曹教授解釋道：「從微觀角度看，這種相互作用具有方性和長程性，意味著粒子即使相隔較遠仍能相互『感知』。這挑戰了我們對低維系統中有序態如何湧現的固有認知。」研究團隊的觀察指出，偶極氣體的二維超流相變點仍遵循BKT相變，但依賴於相互作用的相變點會因偶極矩與平面法線方向的相對角度而發生偏移。
論文第一作者之一及曹教授的畢業生何逸飛補充道：「二維偶極系統是探索奇異量子相的理想平台。即使在中等強度的偶極相互作用下，當所有偶極子都指向平面內時，我們也在二維偶極超流體中觀測到了獨特的非局域效應和各向異性的密度之間的關聯。未來通過進一步增強偶極相互作用強度，我們將有望觀測到低維系統中更豐富的自發形成結構。」
