金属中的电子试图表现得像顺从的驾驶者，但最终却像碰碰车。他们可能是鲁莽的司机，但康奈尔大学领导的一项新研究证实，这种混乱是由量子力学定律中的一个极限所建立的限制。

该研究小组的论文《T-Linear resistance From a Isotropic Planckian Scattering Rate》发表在7月28日的《自然》杂志上，该论文是由加拿大路易斯塔里夫大学Louis Taillefer领导的研究人员共同完成。这篇论文的第一作者是Gael Grissonnanche，他是康奈尔大学卡弗里研究所的一名博士后研究员。

当所有的电子串联在一起运动时，金属就会产生电流。在大多数金属中，例如用于电线的铜和金，电子试图避免彼此，以一致的方式流动。然而，在某些“奇怪”的金属中，这种和谐被打破，电子以尽可能快的速度相互反弹以耗散能量。量子力学定律本质上扮演了电子交通警察的角色，规定了这些碰撞发生频率的上限。

科学家此前观察到了这个碰撞速率的极限，它被称为“普朗克极限”，但没有具体的理论来解释为什么会存在这个极限，也不知道电子是如何在奇怪的金属中达到这个极限的。所以Ramshaw和他的合作者开始仔细研究它。

该论文的资深作者Brad Ramshaw说：“从经验上来讲，我们知道电子只能以快的速度相互碰撞。以前，普朗克极限只是通过非常简单的模型从数据中推断出来的。我们做了一个非常仔细的测量和计算，表明它确实是遵守规律的。通过研究细节，我们发现它是各向同性的(性质不会因方向的不同而有所变化)，所以对任何方向的电子都是一样。这是一个很大的惊喜。”

研究人员将他们的研究方向集中在一种以铜氧化物为基础的高温超导体上，即铜酸盐。在佛罗里达州塔拉哈西的国家高磁场实验室，他们将一个铜金属样品放入一个45特斯拉混合磁体中(该磁体保持着创造最高连续磁场的世界纪录)，并记录了样品在改变磁场角度时电阻的变化。Ramshaw的团队随后花了两年的时间创建了数值数据分析软件，以提取相关信息。

令人惊讶的是，他们能够使用与传统金属相对简单的方程来分析数据，他们发现铜酸盐的电子符合普朗克极限。

Grissonnanche说：“我们使用的方法被认为过于天真。对于该领域的科学家来说，这一方法是否有效并不是显而易见的，但它确实有效。所以有了这个新发现，我们一举两得：我们把这个简单方法的有效性扩展到了奇怪的金属上，我们还准确地测量了普朗克极限。我们终于解开了电子在奇怪金属中剧烈运动背后的谜团。”

Taillefer说：“这似乎并不取决于具体材料的细节。所以它必须是一种压倒一切的原则，对细节不敏感。”

Ramshaw认为，其他研究人员现在可以使用这种计算框架来分析广泛的实验问题和现象。毕竟，如果它能在奇怪的金属中发挥作用，那么它应该也能在许多其他领域发挥作用。

也许这些奇怪的金属比之前想象的要有序一些。

他说：“你有这些非常复杂的微观成分和量子力学，然后在另一边，你会得到一个非常简单的规律，即散射率只取决于温度和其它因素，斜率等于我们基本都知道的自然常数。从如此复杂的原料中得出如此简单的东西，真的很漂亮，很吸引人！”

这些发现也可能使我们对量子系统和类似的万有引力现象(如黑洞物理学)之间的联系有更深的理解。实际上，这弥合了量子力学令人眼花缭乱的小世界和广义相对论中的“双重”理论。近一个世纪以来，科学家们一直试图调和物理学中的这两个分支。（编译:Julien）