当您的心脏跳动时，血液会在压力波中穿过动脉。这些压力波表现为您的脉搏，这是规律的节奏，不受身体内部复杂结构的干扰。科学家称这种强波为孤子，在许多方面，它们的行为更像是离散粒子而不是波。孤立子理论可能有助于理解海啸，与其他水波不同，海啸可以在广阔的海洋距离上维持自身生存。

　　孤子也可以在量子世界中出现。在大多数温度下，气体原子像台球一样弹跳，相互碰撞，并按照经典物理学的规则飞向随机方向。但是，接近于绝对零时，某些种类的原子突然根据非常不同的量子力学规则开始行为，并开始一种协调的舞蹈。在原始条件下，孤子可以出现在这些超冷量子流体中，并存活几秒钟。

　　NIST物理测量实验室的科学家与联合量子研究所(JQI)的研究人员合作，对孤子在不到原始条件下的行为感到好奇，这给孤子的生活增加了一些压力。他们从冷却a原子云开始。在气体可以呈现均匀性质并变成均质量子流体之前，射频磁场诱使其中一些原子保持其经典的，台球状的状态。这些原子实际上是原子混合物中的“杂质”。然后，科学家利用激光将原子推到流体的一个区域，从而形成低密度的孤波，即“暗”孤子。

　　在没有杂质的情况下，该低密度区域稳定地通过超冷流体脉动。但是，当存在原子杂质时，暗孤子的行为就好像它是一个重粒子，轻质杂质原子从中反弹。这些碰撞使暗孤子的运动更加随机。这种影响使人想起了爱因斯坦1905年关于随机粒子运动(称为布朗运动)的预测。

　　在此框架的指导下，科学家们还期望杂质起到摩擦的作用，并减慢孤子的速度。但是令人惊讶的是，暗孤子并不完全遵循爱因斯坦的规则。碰撞没有拖着孤子，而是加速了孤子的稳定性。孤子的速度极限由量子流体中的声速设定，超过该极限时，它爆炸成一团声波。

　　只有在研究人员改变数学观点并记住将孤子视为负质量后，这种行为才有意义。对于多粒子系统的某些集体行为，这是一个古怪的现象。在这里，负质量通过孤子的暗度来体现-它是量子流体中的倾角，而不是像海啸一样的高脉冲。质量为负的粒子将响应与普通表亲相反的摩擦力，而不是减慢其速度。

　　JQI研究生，论文的首席理论家希拉里·赫斯特(Hilary Hurst)说：“所有有关布朗运动的假设最终都消失了。所有这些假设都没有用。但是最后，我们有了一个非常能描述这种行为的理论。好吧，这真的很好。”

　　该论文的主要作者劳伦·艾考克(Lauren Aycock)称赞她认为理论与实验之间特别强烈的反馈，并补充说：“能够进行这种成功的合作令人感到满意，其中测量可以为理论提供依据，然后解释实验结果。”

　　艾科克和赫斯特说，超冷原子领域的孤子令人着迷，因为它们离观察量子效应和日常生活中的普通物理学之间的界面越近越好。这样的实验可能有助于回答一个深刻的物理学难题：经典与量子之间的界线在哪里?此外，此结果可能将光投射到光纤孤子的类似问题上，其中随机噪声会干扰长距离通信所需的精确定时。