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        可以使用激光技術(shù)將中性原子和帶電離子冷卻至極低的溫度
        
			
        
				2020-02-26 09:47:56
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        可以使用激光技術(shù)將中性原子和帶電離子冷卻至極低的溫度(即微開爾文，比絕對零值高1百萬分之一度)。在這么低的溫度下，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)粒子的行為符合量子力學(xué)定律。
        

        數(shù)十年來，研究人員一直在對原子和離子進(jìn)行激光冷卻實驗。但是，到目前為止，還沒有研究在極低的溫度下觀察到原子和離子的混合物。
        

        

        阿姆斯特丹大學(xué)的研究人員是第一個通過將離子放入預(yù)先冷卻至開爾文的幾百萬分之一的鋰原子云中實現(xiàn)此目標(biāo)的人。他們的觀察結(jié)果發(fā)表在《自然物理學(xué)》上，揭示了許多可能對新量子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生有趣影響的效應(yīng)。
        

        進(jìn)行這項研究的研究人員之一雷內(nèi)·格里特斯瑪博士對這項研究說：“冷原子和離子在旨在理解量子多體現(xiàn)象的研究中得到了應(yīng)用，可以用于原子鐘甚至量子計算機中。” 。“然而，到目前為止，還沒有人在如此超冷的溫度下同時制成原子和離子的混合物。我們研究的目的是首次實現(xiàn)這一目標(biāo)。”
        

        在實驗中，Gerritsma和他的同事們開始使用激光冷卻技術(shù)冷卻單個離子。另外，他們還制備了約10,000個鋰原子的云，并將其冷卻至幾微開爾文。
        

        隨后，研究人員使用一組通常用于捕獲離子量子計算機研究的工具，將離子與原子云重疊，并監(jiān)視離子的能級。這最終使他們能夠確定由離子與原子云之間的碰撞產(chǎn)生的能量。
        

        Gerritsma博士解釋說：“我們實驗的主要挑戰(zhàn)是保持氣體中捕獲的離子。” “為此，我們使用電場，但是這些電場對原子-離子碰撞產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致發(fā)熱。”
        

        幾年前，麻省理工學(xué)院的一個研究小組在進(jìn)行類似的實驗時預(yù)測，使用非常重的離子和輕原子物種可以減輕由于使用電場而產(chǎn)生的熱效應(yīng)。這一預(yù)測最終啟發(fā)了Gerritsma及其同事使用using離子和鋰原子云進(jìn)行實驗。
        

        Gerritsma博士說：“我們第一次觀察到，原子的中性氣體中的離子冷卻到量子效應(yīng)變得重要的狀態(tài)。” “該系統(tǒng)可用于研究單粒子水平的量子化學(xué)，或相互作用的原子和離子的量子多體物理學(xué)，甚至可用于緩沖氣體冷卻被困的離子量子計算機。”
        

        通過測量原子和離子在各個運動方向上的動能，Gerritsma和他的同事們能夠收集到許多有趣的觀察結(jié)果。例如，發(fā)現(xiàn)ion離子與鋰原子之間的碰撞能量達(dá)到了所謂的s波極限，這表明量子理論可以幫助更好地理解碰撞。
        

        該研究小組發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，指出了離子與原子之間碰撞中量子現(xiàn)象的發(fā)生。這些新發(fā)現(xiàn)可能會對未來的研究產(chǎn)生影響，例如，為深入研究短時原子離子構(gòu)型(稱為磁分子共振)鋪平道路。在接下來的研究中，Gerritsma和他的同事計劃使用一種與他們最近的研究相似的方法來尋找原子與離子之間所謂的Feshbach共振。
        

        Gerritsma博士說：“在這些共振中，原子和離子可以形成一個分子，并可以用來增強原子和離子之間的相互作用強度。” “已經(jīng)在中性原子之間觀察到了菲什巴赫共振，并且據(jù)預(yù)測它們也存在于原子與離子之間。但是，由于至今尚未達(dá)到所需的超冷溫度，所以從未觀察到它們。”
        
			

			
          
        
			
        
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