Pink Floyd的“月之暗面”当选有史以来最伟大的古典摇滚专辑。它的封面意在将光棱镜和色散描绘成一种特定隐喻象征。然而，乐队成员并没有意识到，许多人用“月之暗面”的专辑封面来解释折射率，以及光遇到不同介质时速率和方向的改变情况。
致密原子介质光学响应示意图（传统理论vs强无序重整化组理论）。
虽然从严格意义上讲，这幅图用于概念解释并不准确，但它传达了这样一种信息，即光从一种介质进入另一种介质时，速度会发生改变，而光色和速度的差异会使白光色散到不同组分之中。这种速度变化与折射率有关。折射率是一个没有量纲的数字，表示真空中的光速与介质中的光速之比。一般而言，具有正折射率的材料在可见光下的折射率都接近1。这究竟是一种巧合，还是更深层次物理现象的反映？科学家们一直没有找到答案。
phys.org网站当地时间3月30日报道，西班牙巴塞罗那科学与技术研究所与美国普林斯顿大学等机构合作，分析并解释了不论原子密度多高，稀释原子气体的折射率只能达到最大值1.7的原因。相关研究成果刊登在《物理评论X辑》中。
新研究的观点与传统理论相反。传统理论认为，材料越致密，光响应越强，折射率越大。要正确理解这个问题，首先需要解决光多次散射以及由此产生的干涉效应。这也许会导致从每个原子角度观测的局部光强度与入射光强度有显著差异，并且强度会随着周围原子的几何形状而改变。传统观点没有讨论这种粒度效应产生的复杂微观细节，而是假设粒度对光线的影响能忽略不计。
在新研究中，科学家引入了强无序重整化组（RG）理论。该理论使他们能够以一种简单的方式捕捉粒度和多重散射效应。RG理论指出，在近场相互作用下，任意原子的光学响应都以随机比例受到其最邻近原子的影响——这就是传统理论失效的根本原因。近场相互作用的物理效应产生了原子共振频率的不均匀增宽，并且增宽量随密度增加而增加。因此，无论原子的物理密度有多高，折射率都只能被限制在最大值1.7。
研究人员表示，RG理论能够为理解近共振无序介质中（包括非线性和量子状态）光的多次散射提供新的通用法则。此外，它还为了解真实材料的折射率极限奠定了基础。
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编译：德克斯特
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《物理评论X辑》
期刊编号：2160-3308
原文链接：
https://phys.org/news/2021-03-optical-refractive-indices-small.html
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