物理学家首次在激光光栅构成的光学晶格中生成并观测到具有吸引相互作用的稳定明亮物质波孤子。相关成果已发表于《物理评论快报》。

在量子尺度下，原子可表现为物质波并倾向于随传播而扩散；而孤子是一类能够在传播中保持局域化、维持形状的波包。此前，孤子已在开放空间中实现，但研究团队此次在周期性激光结构内利用原子间吸引作用实现稳定束缚，为未来量子技术所需的原子簇约束与引导提供了新的实验路径。

研究中，团队使用一团被冷却至接近绝对零度的铯原子玻色–爱因斯坦凝聚态，并将其加载到由激光形成的光学晶格中。该光栅状光场提供周期性势阱，使原子被限制在重复的空间位置。随后，研究人员通过施加磁场调控原子间相互作用，使其呈现吸引性，从而促使原子形成稳定的明亮孤子并避免在晶格中扩散。

研究人员指出，实现孤子需要精细的力学平衡：若磁性吸引过弱，孤子会解体；若吸引过强，原子簇则可能发生坍缩。

为验证孤子是否成功形成，团队采用“手风琴晶格”进行测试。这种光学晶格的周期可调，研究人员可通过改变晶格间距拉伸原子分布，在间距足够大时检验原子是否仍被束缚在各自位置。由于无法直接成像观测原子，团队改用共振激光照射晶格，并通过测量原子对光的阻挡信号来确认孤子的存在。

实验显示，原子可形成两类稳定结构：一类原子主要集中在晶格的单一位置；另一类分布在多个晶格位置，但整体仍表现为一个统一的局域化单元。相关原子簇的稳定存在时间接近半秒。

研究团队在论文中表示，该结果为在光学晶格中探索更多非线性物质波激发奠定基础，包括晶格呼吸子以及深晶格势中的离散孤子等方向。