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在这个方法的基础上有几个改良版本,每一种版本方法都是利用光将原子(和分子)冷却到更低的温度。
在这种情况下,光就像一种“黏性流体”
,其中的原子运动得越来越慢。
一旦原子的速度降低到一定程度,甚至可以用光学镊子来捕获原子。
此时就可以应用更加复杂的光学冷却技术,使温度降低到仅比绝对零度高十亿分之一摄氏度。
我之前提到,即使在绝对零度下原子依然会有“抖动”
,这种抖动是量子力学引起的。
可以将这种抖动的区域看作原子本身的空间区域。
也就是说,根据量子力学,原子不仅以随机的方式在一个狭小的空间区域内游**,还存在于整个空间区域内。
对于被困在如此低温下的原子而言,该区域的大小可能是千分之一米。
不过考虑到电子到原子核的距离只有十亿分之一米,那么这个原子所占的空间可以说是相当大了。
更奇怪的是,几个原子可以同时占据这个同一空间区域。
这个概念是非常违反直觉的。
我们常常认为原子就像一个个小小的台球,可以紧密地堆积在一起,就像组成固体材料中的元件结构一样。
但是同时,由于原子在材料中位置不同,它们各自又保持着其独特的特性。
但对于这些超低温的原子就不一样了,它们可以同时存在于任何地方,这是一种新的物质状态。
这种状态由爱因斯坦和印度科学家萨特廷德拉·纳特·玻色[2](SatyendraNathBose)发现,被称为玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einsteie)。
这种奇特的状态有一些显著的特性。
例如,原子云[3]就是一种超流体[4],在流动时没有黏性。
此外,原子云可以被一分为二然后再重组在一起,从而使这两个被分离的原子云表现出量子干涉效应。
这从本质上展示了一个大物体(包含许多原子,使其大小可见)所具有的量子特性。
这种量子特性可以归因于每一个特定原子的不确定性——不确定它处于这一半还是另一半原子云中。
我们必须考虑每个原子其实同时存在于这两个原子云中。
由于这些冷原子可以被光束束缚,所以也可以用几束光束创造出某种空间结构用来操纵原子。
例如,当两个光束相遇时,会形成一个干涉图样(见第3章),在干涉图样中有些区域强度高,有些区域强度低。
冷原子们要不就都停留在强度高的区域,要不都停留在强度低的区域(可以通过选择特定波长的光来调整原子所在的区域)。
随着光束强度的增大,原子会落入干涉图样中出现的“鸡蛋托盒”
状的光陷阱中(见图32a)。
它们落入的方式也很有趣。
图32 被光束缚在光学晶格[5]中的冷原子:a.光学晶格中个晶胞束缚有几百个原子(温度为几十微开尔文);b.一些分布在各个“格子”
中的单个原子(温度为纳开尔文)。
当原子足够冷时,它们并不喜欢待在鸡蛋托盒内的同一个“格子”
里,因此最终原子的分布特别像一个完整的鸡蛋托盒——一个原子待在一个格子里,如图32b所示。
这种情况下不存在超流体,因为原子们喜欢待在原地。
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