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激光冷却及玻色爱因斯坦凝聚进展

时间:2019-01-07浏览次数:60 作者:镭宇光电科技

实现原子系统的玻色爱因斯坦凝聚的关键技术是激光冷却,它是二十世纪八十年代中期后发展起来的。大家都知道,温度是与微观粒子的无规热运动速度成正相关,而激光冷却原子,就是通过降低原子的运动速度,来实现冷却。
我们将激光的波长选择在原子谱线波长略微比中心位置长一些的一侧,那么由于多普勒效应,向着激光运动的原子感受到的波长会显得短一些,因此作用强烈;而背离激光运动的原子感受到的波长会更长一些,因此作用很弱。这样,如果在前后左右上下六个方向都有一束激光的话,就可以把原子的速度降低下来。通过这种方法,可以将原子气体的温度降低到绝对零度之上大约千分之一摄氏度。
然而,要实现玻色爱因斯坦凝聚,这还不够。还需要进一步蒸发冷却。
蒸发冷却的原理大家都很熟悉:一杯开水放在桌子上,水里面速度较快的水分子会冲出水面,散发到空气中去,从而带走了较多的能量,剩下的水分子平均能量因此降低。同样,原子本身具有磁性,可以利用磁场来束缚原子,通过各种手段可以让束缚在势阱里面的带有较高能量的原子跑掉,得到更冷的原子气体。
利用这两种制冷方法,Cornell和Wieman在1995年6月成功地将含有大约2000个铷原子的气体冷却到低于170nK的温度(仅比绝对零度高了百万分之零点一七度),这时,大量的原子聚集到了最低的能量状态,形成了玻色爱因斯坦凝聚。四个月之后,麻省理工学院的Ketterle教授等人成功地用钠原子实现了玻色爱因斯坦凝聚。而这三位科学家也因此分享了2001年的诺贝尔物理学奖。
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