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實(shí)現(xiàn)激光冷卻產(chǎn)生三維玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)！

2019-07-24 13:44 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)超級(jí)原子中心，電子研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家提出了一種只用激光冷卻來產(chǎn)生三維玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的新方法。

在他們發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的研究中，展示了科學(xué)家技術(shù)在生產(chǎn)玻色-愛因斯坦凝聚物方面的有效性，達(dá)到了遠(yuǎn)低于有效反沖溫度的溫度。在過去的物理學(xué)研究中，直接激光冷卻玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)是一個(gè)經(jīng)常被追求的目標(biāo)，但卻非常難以實(shí)現(xiàn)。

Steven Chu和Mark Kasevich首次嘗試了這種方法，Steven Chu曾因激光冷卻技術(shù)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。由卡爾·威曼、埃里克·康奈爾和沃爾夫?qū)P特勒領(lǐng)導(dǎo)的其他小組，所有的BEC諾貝爾獎(jiǎng)得主，都成功地用蒸發(fā)冷卻代替了BEC。最終，在這項(xiàng)突破性的新研究之前，大多數(shù)研究人員放棄了只用激光冷卻來產(chǎn)生BEC。研究之一的VladanVuleti?說：幾年前，我已經(jīng)知道如何通過使用特定的激光頻率來減少原子激光冷卻的主要障礙，光誘導(dǎo)的原子分子形成。

與通過蒸發(fā)冷卻相比，激光冷卻有可能更快、更有效，從而減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)置的限制。激光冷卻原子需要仔細(xì)地定位一組激光，并對(duì)它們進(jìn)行調(diào)諧，通過用光子踢它們來減慢原子的運(yùn)動(dòng)。這種技術(shù)通常用于創(chuàng)建冷原子云，但到目前為止，用它創(chuàng)建對(duì)BEC來說，密度足夠高的冷原子樣本被證明是非常具有挑戰(zhàn)性的。造成這一現(xiàn)象的一個(gè)關(guān)鍵原因是，激光可以將鄰近的原子光締合成分子，然后離開原子陷阱。

發(fā)現(xiàn)，可以通過故意選擇泵浦激光的能量來大大減少原子損失，從而使形成分子所需的能量不匹配，再加上精心優(yōu)化所謂的拉曼冷卻序列，這讓我們能夠產(chǎn)生一個(gè)密度足夠高的冷原子云，在大約一秒鐘的冷卻時(shí)間內(nèi)就能產(chǎn)生中等大小的BEC。在研究中，Vuleti?和同事將原子捕獲在交叉光學(xué)偶極阱中，并使用拉曼冷卻對(duì)其進(jìn)行冷卻，使用遠(yuǎn)離諧振光泵浦光來減少原子損失和加熱。這一技術(shù)使溫度大大低于有效反沖溫度(與光子反沖動(dòng)量有關(guān)的溫度標(biāo)度)。

其時(shí)間標(biāo)度比典型的蒸發(fā)時(shí)間標(biāo)度快10至50倍，這種BEC的快速生產(chǎn)已經(jīng)與最好的蒸發(fā)技術(shù)相提并論，這些技術(shù)針對(duì)速度進(jìn)行了優(yōu)化，突出了新激光冷卻技術(shù)的潛力。激光冷卻方法將來應(yīng)該可以應(yīng)用于其他種類的原子，以及分子的冷卻。更快的方法產(chǎn)生更好的信噪比，并使新的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜓芯恳郧半y以進(jìn)行的量子氣體。新方法引入Vuleti?和同事可能會(huì)對(duì)未來物理學(xué)研究有很多的影響。例如，它可以在包括費(fèi)米子在內(nèi)的各種系統(tǒng)中快速產(chǎn)生量子簡(jiǎn)并氣體。

在目前研究中，研究人員正在使用他們的系統(tǒng)來研究具有吸引力相互作用的一維量子氣體，這種氣體理論上應(yīng)該會(huì)坍塌，但卻被量子壓力穩(wěn)定下來。將來，希望將相同的技術(shù)應(yīng)用于費(fèi)米子原子，費(fèi)米原子不凝結(jié)，而是相互“回避”，在低溫下形成所謂的量子簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體。這類系統(tǒng)可用于研究固態(tài)系統(tǒng)中的電子(同時(shí)也是費(fèi)米子)，例如，為了了解磁性和高溫超導(dǎo)的性質(zhì)。