侵权投诉
订阅
纠错
参加自媒体

激光冷却玩转单原子

2015-12-10 05:21
黯影冰风
重视

  原子的英文名(Atom)是从希腊语(atoms,“不行切分的”)转化而来,其界说为化学变化中不行分割的最小单元。一般一个原子的直径在0.05纳米和0.5纳米之间。关于这样一种比头发丝直径还小几千几万倍的物体,乃至连世界上最精细的光学显微镜都无法直接观测,咱们能够把它捉住,恣意地操作它吗?连量子力学的奠基人之一,巨大的物理学家薛定谔都对此表明极大的置疑:“咱们历来没有用一个电子、原子或许其他分子做过试验。在设想的试验中,咱们的假定总是导致可笑的结果……”。但伴随着科技的开展和前进,在六十年前不行幻想的试验,现在不仅在试验上完结了单个电子、单个离子、单个原子等的软禁和控制,并且其相关的试验技能已经在世界各地试验室得广泛使用。其间2012年诺贝尔物理学奖还颁发塞尔日.阿罗什和大卫.维因兰德,以赞誉他们别离独立创造并拓宽了在坚持单个粒子量子力学特性的前提下,丈量和操作它们的办法。那么在这些单粒子中,单个原子到底是怎么被捕获?又怎么能够让这些单原子依照咱们的志愿去举动呢?

  捕获单原子的两种办法

  一是选用扫描隧道显微镜(STM)或原子力显微镜等在固体外表捕获并操作单个原子。典型的作业是由IBM的科学家在二十世纪九十年代完结的。他们选用STM移动吸附在金属外表的原子来排列成各种形状。尤其是用48个铁原子在铜外表构成半径为7.13纳米的量子空心围栏,并观察到软禁外表态电子构成的驻波。这种计划首要用于研讨外表电子与原子的相互效果、无缺点外表电子波衰减、电子与声子激子相互效果等。另一种办法则是选用激光冷却并捕获气相中的单个原子。典型的作业是在超高真空中选用磁光阱将原子冷却到挨近绝对零度(其典型温度在绝对零度之上的万分之一度)并软禁,然后选用一个十分小的光阱,从中“挑”出一个原子。在这种情况下,一个原子简直从环境中孤立出来,是一个典型的量子系统,它将会议现出一系列匪夷所思的特性,如既是波又是粒子的波粒二象性(单原子物质波),既死又活的薛定谔猫态(单原子电子叠加态)、现在所走的途径取决于未来的挑选(单原子的惠勒推迟挑选试验)等。为了观察到这些独特的现象,咱们需求将室温下的原子冷却到极低温的状况,意味着将原子的速度从几百米每秒降到几米乃至几厘米每秒。怎么办呢?1997年诺贝尔物理学奖的得主们说,用激光!

  原子冷却及单原子捕获

  在介绍激光冷却的原理之前,咱们需求先了解两条根本的规矩:1,原子会吸收频率与其能级固有频率共振的光子,越共振越简单吸收;2,多普勒效应,原子逆着光传达方向运动时,感受到的激光频率会变大,反之感受到激光频率则变小。当原子在频率略低于其能级固有频率且相向传达的一对激光束中运动时,因为多普勒效应,原子倾向于吸收与其运动方向相反的光子,吸收后再向各个方向各向同性地自发辐射出光子。均匀来说,激光对原子的效果便是发生一个与原子运动方向相反的阻尼力,从而使原子向前的速度越来越慢。只要在空间加上三对互相对射的激光束,那在三维空间六个方向上原子的速度都会被减慢下来。这便是斯坦福大学的朱棣文其时用于冷却原子的“光学糖浆(Opticalmolasses)”,意指原子在里面就像小虫子飞到糖浆里相同步履维艰。

  图1、左图演示了速度为v的原子与动量为hk的光子相遇后,吸收光子后速度减小了hk/m,然后各向同性开释光子后原子的总速度比开端降低了。右图是试验室拍到的三对激光构成的光学糖浆。

1  2  3  4  5  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者编撰,观念仅代表作者自己,不代表OFweek态度。如有侵权或其他问题,请联络告发。

宣布谈论

0条谈论,0人参加

请输入谈论内容...

请输入谈论/谈论长度6~500个字

您提交的谈论过于频频,请输入验证码持续

暂无谈论

暂无谈论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联络邮箱:
*验 证 码: