1931年的一个构想
1931年，物理学家汉斯·贝特提出，某些一维量子系统中的粒子可以结合成集体态。这些态后来以他的名字命名。与分子不同，贝特弦并非由化学键维系。粒子之所以保持束缚，是因为它们相互作用的方式，而且这些态只能存在于一维之中。
近一个世纪以来，它们主要是一个理论概念。因斯布鲁克大学的一个团队如今在超冷原子气体中创造并探测到了它们，并与阿姆斯特丹大学和慕尼黑工业大学的多个理论小组合作。该研究发表在《自然·通讯》上。
窄管中的冷原子
这项由汉斯-克里斯托夫·内格尔领导的实验，始于一团被冷却至仅比绝对零度高十亿分之几度的铯原子云。研究人员随后将这团云分成数千根极窄的管子。在每根管子内，原子只能沿一个方向运动，从而创造出贝特弦所需的一维环境。
该团队还可以调节原子相互作用的强度。当他们将相互作用从排斥变为吸引时，原子结合在了一起。它们并未坍缩成单一群体，而是形成了多种不同大小的束缚态，其中一些较大的团簇包含六个或更多粒子。
碰撞后贝特弦依然完好
困难之处在于证明这些粒子确实处于束缚状态。一项测试让贝特弦在仍被限制在管中的情况下膨胀。膨胀过程中，贝特弦相遇并碰撞，但束缚结构依然存活。“这是贝特弦的一个显著特征：它们可以碰撞而不解体，”第一作者米莱娜·霍瓦特说。
第二项测试移除了限制，让原子在三维空间中扩散。由于贝特弦只存在于一维之中，束缚态随之解体，原本维系它们的能量转化为运动。原子随后扩散得更快，而这额外的能量为研究人员提供了贝特弦的清晰信号。
该团队表示，这一系统为研究量子多体物理提供了一个可控的新平台。贝特弦此前已在固态磁体中被观察到，但冷原子让研究人员能够高精度地调节几何结构、密度和相互作用强度。