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  • 《自然》:首次利用激光“冻结”原子波

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-03-09
    作者:任肖鹏资料来源:科学网发布时间:2008年

    《自然》:激光第一次被用来“冻结”原子波

    这项技术将扩展到二维和三维空间,可以用来模拟真实材料

    。照片标题:局域化的原子波。蓝色代表随机模式的激光(蓝色),绿色代表超冷原子云,红色代表另一束单独限制原子运动到一维尺度的激光束。(资料来源:CNRS光学研究所鲍耶)

    法国和意大利科学家的两项最新研究成功地利用激光束“冻结”了原子波,也就是说,实现了金属原子的所谓“安德森定位”。相关论文发表在6月12日发行的《自然》杂志上。

    量子力学认为,如果没有物质的明确位置,所有物质都会波动。物质波的本质是概率波,即可能出现在空间某个点和时间的概率。物质的宏观位置实际上是概率波函数的平均值。以原子波为例,它的波长与原子温度有关。当温度高时,它会清楚地显示位置和运动轨迹,但波长很小,所以很难显示人眼可以观察到的波动现象。然而,如果温度一次又一次降低,原子运动速度会减慢,但波长会变长,波动性会逐渐出现。

    此前,科学家们已经证实,用激光辐射冷却原子会产生原子波,当温度降至绝对零度时,所有原子将以相同的波动量子态凝聚在一起,这被称为玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。

    1958年,美国物理学家菲利普安德森(Philip Anderson)预测,如果导体中加入杂质,电子会在传导过程中被这些杂质散射,多个散射波会相互干扰。这种综合效应会导致电子的运动受到限制并停止,从而使金属的导电性消失,并显示绝缘体的性质。这一预测后来被实验证实,安德森因此获得了1977年诺贝尔物理学奖。

    理论上,“安德森定位”(Anderson localization)可以扩展到指波在随机介质中的传播会因散射而停止,并且波会集中在空间的某个区域。最新的研究首次证实了原子波中的这种效应。这两项研究是由法国国家科学研究中心(CNRS)光学研究所的菲利普布耶和其他人以及意大利佛罗伦萨大学的一个独立研究小组进行的。

    两组研究人员让原子通过混合激光束,激光束的浓度会影响原子的散射程度。然后他们将微观原子云冷却到接近绝对零度,形成玻色-爱因斯坦凝聚。在此基础上,研究人员让这些BEC原子从一个非常小的起始点沿着激光束产生的线膨胀。然后,他们或者通过磨砂玻璃照射激光,或者结合多波长激光在生产线上产生随机图案。结果,当这些BEC原子只能膨胀到十分之一英寸(约2毫米)时,它们就会停止。

    Bouyer说,新的研究结果表明,人们真的可以利用玻色-爱因斯坦凝聚来模拟一些非常复杂的系统,比如半导体。他还指出,下一个研究目标是将技术扩展到二维甚至三维空间,以便更好地模拟真实材料。(科学网任肖鹏/编译器)

    (《自然》(自然),453,891-894(2008年12月),朱丽叶比利,菲利普布耶阿兰方面)

    (《自然》(自然),453,895-898(2008年6月12日),贾科莫罗蒂,米歇尔莫德格诺马西莫英格斯首席信息官)

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    《自然》摘要1

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